Глава I. Синергетика в современной науке

Подходы к изучению синергетики

 

Необходимо отметить, что изучением систем, состоящих из большого числа частей, взаимодействующих между собой тем или иным способом, занимались и продолжают заниматься многие науки. Одни из них предпочитают подразделять систему на части, чтобы затем, изучая разъятые детали, пытаться строить более или менее правдоподобные гипотезы о структуре или функционировании системы как целого. Другие изучают систему как единое целое, предавая забвению тонко настроенное взаимодействие частей. И тот, и другой подходы обладают своими преимуществами и недостатками. Синергетика как бы наводит мост через брешь, разделяющую первый, редукционистский, подход от второго, холистического. К тому же в синергетике, своего рода соединительном звене между этими двумя экстремистскими подходами, рассмотрение происходит на промежуточном, мезоскопическом уровне, и макроскопические проявления процессов, происходящих на микроскопическом уровне, возникают "сами собой", вследствие самоорганизации, без руководящей и направляющей "руки", действующей извне системы. Это обстоятельство имеет настолько существенное значение, что синергетику можно было бы определить как науку о самоорганизации.

Редукционистский подход с его основным акцентом на деталях сопряжен с необходимостью обработки, зачастую непосильным для наблюдателя, даже вооруженного сверхсовременной вычислительной техникой, объема информации о подсистемах, их структуре, функционирования и взаимодействии. Сжатие информации до разумных пределов осуществляется различными способами. Один из них используется в статистической физике и заключается в отказе от излишней детализации описания и в переходе от индивидуальных характеристик отдельных частей к усредненным тем или иным способом характеристикам системы. Импульс, получаемый стенкой сосуда при ударе о нее отдельной частицы газа, заменяется усредненным эффектом от ударов большого числа частиц - давлением. Вместо отдельных составляющих системы статистическая физика рассматривает множества (ансамбли) составляющих, вместо действия, производимого индивидуальной подсистемой, - коллективные эффекты, производимые ансамблем подсистем.

Синергетика подходит к решению проблемы сжатия информации с другой стороны. Вместо большого числа факторов, от которых зависит состояние системы (так называемых компонент вектора состояния) синергетика рассматривает немногочисленные параметры порядка, от которых зависят компоненты вектора состояния системы и которые, в свою очередь, влияют на параметры порядка. В переходе от компонент вектора состояния к немногочисленным параметрам порядка заключен смысл одного из основополагающих принципов синергетики - так называемого принципа подчинения (компонент вектора состояния параметрам порядка). Обратная зависимость параметров порядка от компонент вектора состояния приводит к возникновению того, что принято называть круговой причинностью.

Диалогичность синергетики

 

Разумеется, синергетика - далеко не единственное научное направление, которое занимается изучением сложных систем. Вместе с тем, используемые в синергетике понятия делают синергетический подход уникальным, причем не только в концептуальном, но и в операциональном плане.

Синергетика с её статусом метанауки изначально была призвана сыграть роль коммуникатора, позволяющего оценить степень общности результатов, моделей и методов отдельных наук, их полезность для других наук и перевести диалект конкретной науки на высокую латынь междисциплинарного общения. Положение междисциплинарного направления обусловило ещё одну важную особенность синергетики - ее открытость, готовность к диалогу на правах непосредственного участника или непритязательного посредника, видящего свою задачу во всемирном обеспечении взаимопонимания между участниками диалога. Диалогичность синергетики находит свое отражение и в характере вопрошания природы: процесс исследования закономерностей окружающего мира в синергетике превратился (или находится в стадии превращения) из добывания безликой объективной информации в живой диалог исследователя с природой, при котором роль наблюдателя становится ощутимой, осязаемой и зримой.

Общие закономерности поведения систем, порождающих сложные режимы, позволяют рассматривать на содержательном, а иногда и на количественном уровне, такие вопросы, как уровень сложности восприятия окружающего мира, как функция словарного запаса воспринимающего субъекта, роль хаотических режимов, их иерархий и особенностей в формировании смысла, грамматические категории как носители семантического содержания, проблемы ностратического языкознания (реконструкция праязыка) как восстановление "фазового портрета" семейства языков и выделения аттракторов, и многое другое.

Свертывание сложного

 

Синергетика предлагает отказаться от неправомерно чрезмерного усложнения модели системы, введения большого числа параметров развития. Синергетика позволяет снять некие психологические барьеры, страх перед сложными системами. Сверхсложная, бесконечномерная, хаотизированная на уровне элементов среда может описываться, как и всякая открытая нелинейная среда, небольшим числом фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и математических уравнений, определяющих общие тенденции развертывания процессов в ней. Кроме того, структуры, которые возникают в процессах эволюции, так называемые структуры - аттракторы, описываются достаточно просто. Структуры - аттракторы эволюции, её направленности или цели относительно просты по сравнению со сложными (запутанным, хаотическим, неустоявшимся) ходом промежуточных процессов в среде. Асимптотика колоссально упрощается. На основании этого появляется возможность прогнозирования исходя:

"из целей" процессов (структур-аттракторов);

"от целого", исходя из общих тенденций развертывания процессов в целостных системах (средах);

из идеала, желаемого человеком и согласованного с собственными тенденциями развития процессов в средах.

Проблемы коэволюции

 

Поскольку природа и человечество развиваются разными путями, встаёт проблема совместного развития, проблема коэволюции. При этом неправомерно навязывать свое видение мира и путей его эволюции носителям других мировоззрений и цивилизационных ценностей. Путь "спасения мира" не может состоять в подавлении иных мировоззрений и образов жизни. В соответствии с общими закономерностями самоорганизации сложноорганизованным социоприродным системам нельзя навязывать пути их развития. Скорее, необходимо понять, как способствовать их собственным тенденциям, как выводить системы на эти пути, т.е. необходимо ориентироваться на собственные, естественные тенденции развития природы и научиться попадать в резонанс с ними, а не насиловать природу, продолжая огульное и бездумное внешнее вмешательство в неё. В общем-то эта установка совпадает с тем, что подразумевается под восточным образом жизни, мышления и деятельности человека. Для Востока всегда были характерны "следование естественности", "ненасилие над природой вещей".

Роль хаоса в эволюции

 

Путь хаоса, термодинамическая ветвь остается как один из возможных путей эволюции в открытых нелинейных средах. Необходимо осознавать конструктивную роль хаоса в эволюции. Например, аналогом хаоса в социальной области является рынок, рынок в обобщенном смысле, не только рынок продуктов материального труда, но и рынок услуг, рынок идей, обмены научной информацией. Такой обобщенный рынок является саморегулятором социальных процессов. Он является генератором новой информации, социальных и культурных инноваций. Хаотическая, рассеивающая, диссипативная основа является показателем связи элементов структуры. Диссипативные, диффузионные, рассеивающие факторы являются средством связи, установления когерентности поведения элементов или подсистем мира. Слишком слабая связь элементов внутри структуры может привести к распаду её распаду.

2.7 Путь ускорения эволюции

 

Хотя яркие образы синергетики - образы самоорганизации и самодостраивания структур, бифуркационных, катастрофических изменений и т.п. - используются сейчас многими, но пока в большинстве случаев нет ясного понимания смысловой насыщенности представлений о самоорганизации. Нет осознания всей суровости механизмов самоорганизации и самодостраивания как удаления лишнего, повсеместной беспощадной конкуренции и выживания сильнейших, в результате чего и совершается выход на относительно устойчивые и простые структуры-аттракторы эволюции. Синергетика открывает принципы управления, экономии и ускорения эволюции. Один из важнейших выводов синергетики состоит в том, что механизмы слепого жёсткого отбора, механизмы чисто рыночного типа не являются единственно возможными в эволюции сложных систем. Нельзя забывать о том, что живая природа научилась многократно сокращать время выхода на нужные структуры посредством матричного дублирования - ДНК. Подобный механизм для открытых нелинейных систем называется резонансным возбуждением. Необходимо ясно осознать, что существует путь многократного сокращения временных затрат и материальных усилий, путь резонансного возбуждения желаемых и - что не менее важно - реализуемых на данной среде структур. Возможен также путь направленного морфогенеза - спонтанного нарастания сложности в открытых нелинейных системах. Последний представляет собой некий аналог биологических процессов морфогенеза и "штамповки" типа редупликации ДНК.

Заключение

 

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

Синергетика как молодая и развивающаяся наука занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонент или подсистем, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово "синергетика" означает "совместное действие", подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.

Создателем синергетического направления и изобретателем термина "синергетика" является профессор Штутгартского университета и директор Института теоретической физики и синергетики Герман Хакен.

Предметом изучения синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Система называется самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую - то пространственную, временную или функциональную структуру. Основными свойствами самоорганизующихся систем являются открытость, нелинейность, диссипативность.

Как молодая, развивающаяся наука синергетика предложила новые методологические подходы к моделированию развития сложных систем.

Распространение синергетической парадигмы стало одним из мощных факторов, обеспечивающих стирание границ между естествознанием и обществоведением и построение универсальной эволюционной картины мира. При этом характерная для классической науки стратегия редукционизма - интерпретация эволюционно высших форм взаимодействия по аналогии с низшими - дополняется и частично снимается противоположной стратегией элевационизма (от лат. elevatio - возведение): эвристические аналогии распространяются сверху вниз, и простейшие взаимодействия рассматриваются сквозь призму их эволюционных перспектив.

Синергетика может быть использована как основа междисциплинарного синтеза знания, как основа для диалога естественных и гуманитарных наук, для кросс - дисциплинарной коммуникации, диалога и синтеза науки и искусства, диалога науки и религии, Запада и Востока (западного и восточного миропонимания) и т.д. Синергетика может обеспечить новую методологию понимания путей эволюции социальных систем, причин эволюционных кризисов, угроз катастроф, надежности прогнозов и принципиальных пределов предсказуемости в экологии, экономике, социологии, геополитике и т.д. Синергетика дает знание о конструктивных принципах коэволюции сложных систем, находящихся на разных стадиях развития. Синергетика открывает принципы нелинейного синтеза: наличие различных, но не каких угодно, способов объединения структур в одну сложную структуру; значение правильной топологии, "конфигурации" объединения простого в сложное; объединение структур как разных темпомиров; возможность - при правильной топологии объединения - значительной экономии материальных и духовных затрат и ускорения эволюции целого.

Список использованной литературы

 

1. Капица С.П., Курдюмов С.П. Синергетика и прогнозы будущего. М., 1997.

2. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М., 2004.

3. Концепции самоорганизации: становление нового образа научного мышления. М., 2004.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2009.

5. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 2000.

6. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.

7. Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985.

8. Хакен Г. Синергетика. М., 1980.

Глава I. Синергетика в современной науке

 

В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название "синергетика". Создателем синергетического направления и изобретателем термина "синергетика" является профессор Штутгартского университета и директор Института теоретической физики и синергетики Герман Хакен.

По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого (очень большого, "огромного") числа частей, компонент или подсистем, одним словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово "синергетика" и означает "совместное действие", подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.

Подобно тому, как предложенный Норбертом Винером термин "кибернетика" имел предшественников в кибернетике Ампера, синергетика Хакена также имела своих "предшественниц" по названию: синергетику Ч. Шеррингтона, синергию С. Улана и синергетический подход И. Забуского.

Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями.

С. Улам был непосредственным участником одного из первых численных экспериментов на ЭВМ первого поколения - проверке гипотезы равнораспределения энергии по степеням свободы. Эксперимент, проведенный над числовым аналогом системы кубических осцилляторов, привел к неожиданному результату, породив знаменитую проблему Ферми - Пасты - Улама: проследив за эволюцией распределения энергии по степеням свободы на протяжении достаточно большого числа циклов, авторы не обнаружили ни малейшей тенденции к равнораспределению. С. Улам, много работавший с ЭВМ, понял всю важность и пользу "…синергии, т.е. непрерывного сотрудничества между машиной и ее оператором", осуществляемого в современных машинах за счёт вывода информации на дисплей.

Решение проблемы Ферми - Пасты - Улама было получено в начале 60-х годов М. Крускалом и Н. Забуским, доказавшим, что система Ферми - Пасты - Улама представляет собой разностный аналог уравнения Кортевега - де Вриза и что равнораcпределению энергии препятствует солитон (термин, предложенный H. Забуским), переносящий энергию из одной группы мод в другую. Реалистически оценивая ограниченные возможности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, И. Забуский пришел к выводу о необходимости единого синтетического подхода. По его словам, "синергетический подход к нелинейным математическим и физическим задачам можно определить как совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений".

Появление нового междисциплинарного направления встретило, как принято теперь говорить, неоднозначный прием со стороны научного сообщества. Дебаты между приверженцами синергетики и ее противниками по накалу страстей напоминали печально знаменитую сессию ВАСХНИЛ или собрания, на которых разоблачали и осуждали буржуазную лженауку кибернетику. Хакена обвиняли в честолюбивых замыслах, в умышленном введении легковерных в заблуждение. Утверждалось, будто кроме названия (у которого, как было сказано выше, также имелись предшественники), синергетика напрочь лишена элементов новизны. Предложенном Хакеном название нового междисциплинарного направления, лапидарное и выразительное, привлекало к новому направлению гораздо больше внимания, чем любое "правильное", но "скучное" и понятное лишь узкому кругу специалистов, название.

В чем только ни упрекали новое научное направление его противники и (не всегда добросовестные) критики: они утверждали, будто синергетика - детонат пустого понятия, и синергетика не имеет ни своего предмета, ни присущего только ей метода исследования, что она излишне математизирована и представляет собой одну из разновидностей физикализма, не обладает непременным атрибутом науки - прогностической силой, развивается не интенсивно, а экстенсивно. Но вот минули три десятилетия, заполненные неустанными трудами профессора Хакена, его сотрудников, учеников и единомышленников, и со всей очевидностью выяснилось, что все опасения, сомнения и упреки несостоятельны и развеялись, как утренний туман. Современная синергетика стала признанным междисциплинарным направлением научных исследований, которое занимается изучением сложных систем, состоящих из многих элементов, частей, компонентов, которые взаимодействуют между собой сложным (нелинейным) образом.