Развитие систем с точки зрения концепций самоорганизации.

 

Системы и их компоненты подвержены флуктуациям (колебаниям, изменениям, возмущениям), которые в равновесных, закрытых системах гасятся сами по себе. В открытых системах под воздействием внешней среды внутренние флуктуации могут нарастать до такого предела, когда система не в силах их погасить. Фактически, внутренние флуктуации рассматриваются в концепциях самоорганизации как безвредные, и только внешние воздействия оказывают более или менее значимое влияние.[42] В последнее время в это положение вносятся существенные коррективы, касающиеся, в частности, “естественного отбора” флуктуаций: для того, чтобы процессы самоорганизации имели место, необходимо, чтобы одни флуктуации получали подпитку извне и тем самым обладали преимуществом над другими флуктуациями.[43] Тем не менее, и в этом случае недооценивается роль в движении системы флуктуаций внутреннего происхождения. Лишь теория катастроф указывает на то, что скачок может быть следствием одних лишь внутренних флуктуаций. Если в материалистической диалектике недооценивалась роль среды, то в концепциях самоорганизации - роль самой системы (и ее подсистем) в ее развитии. На наш взгляд, все флуктуации, оказывающие воздействие на систему, можно разделить на “входные”, “процессорные” (их мы будем называть внутренними) и “выходные”. Поскольку последние представляют собой канал влияния системы на среду (и только через нее - обратного влияния среды на систему, но через входы), то внешние флуктуации будут передаваться системе через ее входы.

Внутренние флуктуации могут воздействовать на систему не только при помощи внешних, но и сами по себе. Примером возможности такого влияния может быть открытая система, стремящаяся осуществить свою цель за счет подсистем: в стране, которая пытается наращивать свое могущество при нищающем населении, постепенно нарастают внутренние флуктуации (возмущение населения), приводящие ее к краху.

В последнее время теории самоорганизации стали отводить внутренним флуктуациям большую роль, чем прежде. Об этом свидетельствует приводимая ниже типология флуктуаций, согласно которой различаются свободные колебания, вынужденные и автоколебания. К свободным относят колебательные движения, постепенно затухающие в реальной системе (как затухают колебания свободно подвешенного маятника), достигающей, таким образом, состояния равновесия. Вынужденные флуктуации возникают при воздействии на систему совершающей колебания внешней силы (к примеру, человека, подталкивающего маятник), в результате которого система раньше или позднее будет флуктуировать с той частотой и амплитудой, которые навязываются внешним влиянием. Автоколебания - это незатухающие самоподдерживающиеся колебания, происходящие в диссипативных (открытых и неравновесных) системах. Вынужденные колебания и автоколебания характерны для открытых систем, а свободные - для закрытых, стремящихся к равновесию.

Большая распространенность систем с автоколебаниями позволила выделить особый класс систем - автоколебательные. Автоколебательной называют диссипативную систему, в которой в результате неустойчивостей возможно установление незатухающих волновых колебаний, параметры которых определяются самой системой.[44]

Влияние на систему как внешних, так и внутренних флуктуаций различных видов (включая резонансные с системой) основано на действии двух эффектов: петли положительной обратной связи и кумулятивного эффекта. Петля положительной обратной связи делает возможным в далеких от равновесия состояниях усиление очень слабых возмущений до гигантских, разрушающих сложившуюся структуру системы, волн, приводящих систему к революционному изменению - резкому качественному скачку. Можно согласиться с мнением И. Пригожина и И. Стенгерс, что такой подход может помочь глубже разобраться в природе многих социально - экономических процессов, включая экономические кризисы, научно - техническую революцию и других. Кумулятивный эффект заключается в том, что незначительная причина вызывает цепь следствий, каждое из которых все более существенно.[45] Нередко он непосредственно связан с петлей положительной обратной связи.

Флуктуации, воздействующие на систему, в зависимости от своей силы могут иметь совершенно разные последствия для подвергшейся их влиянию системы. Если флуктуации открытой системы недостаточно сильны (особенно это касается флуктуаций управляющего параметра или подсистемы), система ответит на них возникновением сильных тенденций возврата к старому состоянию, структуре или поведению, что раскрывает глубинную причину неудач многих экономических реформ. Если флуктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в формировании новой диссипативной структуры (см. ниже) и изменении состояния, поведения и/или структуры системы.

Любая из описанных возможностей может реализоваться в так называемой точке бифуркации, вызываемой флуктуациями, в которой система испытывает неустойчивость. Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря - это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Термином “ катастрофа ” в концепциях самоорганизации называют качественные, скачкообразные, внезапные (“гладкие”) изменения, скачки в развитии.

Поведение всех самоорганизующихся систем в точках бифуркации (впрочем, как и в другие периоды) имеет общие закономерности, многие из которых уже раскрыты концепциями самоорганизации. Рассмотрим наиболее важные из них.

Точки бифуркации часто провоцируются изменением управляющего параметра[46] или управляющей подсистемы, влекущей систему в новое состояние.

Потенциальных траекторий развития системы много и точно предсказать, в какое состояние перейдет система после прохождения точки бифуркации, невозможно, что связано с тем, что влияние среды носит случайный характер (это не исключает детерминизм между точками бифуркации). Это объяснение вряд ли можно признать достаточным: хотя случайность и оказывает влияние на поведение системы в точке бифуркации, есть и другие факторы и эффекты, признанные синергетической и системными концепциями всеобщими, но в контексте данной проблемы не учитываемые. Речь идет, прежде всего, о резонансном возбуждении, обратных связях и кумулятивном эффекте. В соответствии с первым система, подталкиваемая флуктуациями, должна выбрать ту ветвь развития, которая согласуется с ее внутренними свойствами и прошлым (которое концепции самоорганизации нередко недооценивают как фактор развития). Петля положительной обратной связи связана с наличием в процессоре системы “катализаторов”, т.е. компонентов, само присутствие которых стимулирует определенные процессы в системе, она связывает выбор пути с предыдущим состоянием. Фактически, катализаторы и предыдущие состояния системы также притягивают ее к определенной ветви или ветвям развития, как магнит - железо. Отрицательные обратные связи, наоборот, отталкивают соответствующие ветви. Кумулятивный эффект способствует накоплению определенных свойств системы и/или под воздействием внешних флуктуаций “запускает” в системе усиливающийся процесс. Все это делает возможным прогнозировать, по меньшей мере, стохастически, какую ветвь выберет система, поскольку и случайные флуктуации подвержены действию этих эффектов. Н.Д. Кондратьев полагал, что случайность вообще не может быть поставлена рядом с категорией причинности. Во всяком случае, это касается регулярности событий. Случайными могут быть только некоторые иррегулярные события. Поэтому категорию случайности следует отнести скорее к особенностям мышления, чем считать ее категорией бытия. Поэтому случайными Н.Д. Кондратьев называл такие иррегулярные события, причины которых при данном состоянии научного знания и его средств не могут быть определены. Даже если мы не знаем времени наступления события (а именно этот аргумент приводит И. Пригожин в поддержку своей точки зрения о том, что в момент наступления точки бифуркации случайность “правит бал”), это не означает, что его появлению не предшествовала цепь породивших его причин.

Выбор ветви может быть также связан с жизненностью и устойчивым типом поведения системы. Согласно принципу устойчивости, среди возможных форм развития реализуются лишь устойчивые; неустойчивые если и возникают, то быстро разрушаются.

Повышение размерности и сложности системы вызывает увеличение количества состояний, при которых может происходить скачок (катастрофа) и числа возможных путей развития. Т.е. чем более разнородны элементы системы и сложны ее связи, тем она неустойчивее (что отмечал еще А.А. Богданов). Впоследствии эта закономерность стала известна как “закон Легасова” - чем выше уровень системы, тем более она неустойчива, тем больше расходов требуется на ее поддержание.

Чем более неравновесна система, тем из большего числа возможных путей развития она может выбирать в точке бифуркации.

Два близких состояния могут породить совершенно различные траектории развития.

Одни и те же ветви или типы ветвей могут реализовываться неоднократно, как, например, в мире социальных систем есть общества, многократно выбиравшие тоталитарные сценарии.

Временная граница катастрофы определяется “принципом максимального промедления”: система делает скачок только тогда, когда у нее нет иного выбора.

В результате ветвления (бифуркации) возникают предельные циклы - периодические траектории в фазовом пространстве, - число которых тем больше, чем более структурно неустойчива система.

Катастрофа изменяет организованность системы, причем не всегда в сторону ее увеличения.

Таким образом, в процессе движения от одной точки бифуркации к другой происходит развитие системы. В каждой точке бифуркации система выбирает путь развития, траекторию своего движения.

Множество, характеризующее значения параметров системы на альтернативных траекториях, называются аттракторами. В точке бифуркации происходит катастрофа - переход системы отобласти притяжения одного аттрактора к другому. В качестве аттрактора может выступать и состояние равновесия, и предельный цикл, и странный аттрактор (хаос). Систему притягивает один из аттракторов, и она в точке бифуркации может стать хаотической и разрушиться, перейти в состояние равновесия, или выбрать путь формирования новой упорядоченности.

Если система притягивается состоянием равновесия, она становится закрытой и до очередной точки бифуркации живет по законам, свойственным закрытым системам.

Если хаос, порожденный точкой бифуркации, затянется, то становится возможным разрушение системы, вследствие чего компоненты системы раньше или позже включаются составными частями в другую систему и притягиваются уже ее аттракторами. Так, например, притяжение бывших социалистических стран после распада Варшавского договора блоком НАТО с точки зрения теорий самоорганизации вполне закономерно, также как и стремление некоторых бывших союзных республик после распада СССР включиться в тот или иной новый союз.

Если, наконец, как в третьем случае, система притягивается каким - либо аттрактором открытости, то формируется новая диссипативная структура - новый тип динамического состояния системы, при помощи которого она приспосабливается к изменившимся условиям окружающей среды.

Выбор той или иной ветви производится, помимо указанных выше закономерностей, в соответствии с принципом диссипации, составляющим один из основных законов развития, заключающимся в следующем: из совокупности допустимых состояний системы реализуется то, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост (максимальное уменьшение) энтропии.

Исследования процесса самоорганизации показали, что на организованность системы влияют, в основном, два фактора: быстрота увеличения числа ее компонентов и интенсивность использования элементов в процессе функционирования системы. Первая может привести систему в неустойчивое состояние и создать предпосылки для отбора ценных для развития системы элементов; а чем выше второе, тем быстрее система приходит в неустойчивое состояние, приближая скачок, который становится возможен, только если интенсивность использования будет достаточно велика для уменьшения энтропии в системе и приведения ее в новое состояние.

Наступление революционного этапа в развитии системы - скачка - возможно только при достижении параметрами системы под влиянием внутренних и/или внешних флуктуации определенных пороговых (критических или бифуркационных) значений. При этом чем сложнее система, тем, как правило, в ней больше бифуркационных значений параметров, т.е. тем шире набор состояний, в которых может возникнуть неустойчивость. Когда значения параметров близки к критическим, система становится особенно чувствительной к флуктуациям: достаточно малых воздействий, чтобы она скачком перешла в новое состояние через область неустойчивости.

К сожалению, в синергетических и системных исследованиях не отмечена еще одна немаловажная деталь: для скачка, революционного перехода системы в другое состояние определенных значений должны достигнуть параметры не только самой системы, но и параметры среды.

Параметры могут достигнуть критического значения либо вследствие плавных изменений в системе, либо скачкообразно. Второе, возможно, связано с какой - либо инновацией. Для системы инновации являются чем-то внешним, продуцируемым средой. Это дополнительно подтверждает ту точку зрения, что можно говорить о скачках, имеющих внутренние и внешние источники.

Необходимость для совершения системой “революции” достижения ее параметрами бифурационных значений и их соответствия “области достижимости для достижения системой цели, обоснованная синергетикой, подтверждает выводы, сделанные в рамках системных исследований, гласящие, что порождение новой формы в недрах недостаточно зрелой старой, как и зарождение в недрах зрелой формы более высоких, но непосредственно не следующих за ней форм, невозможно.

Происходящие в точке бифуркации процессы самоорганизации - возникновения порядка из хаоса, порождаемого флуктуациями, - заставляют иначе взглянуть на роль, исполняемую хаосом. Энтропия может не только разрушить систему, но и вывести ее на новый уровень самоорганизации, т.к. за периодом хаотичной неустойчивости следует выбор аттрактора, в результате чего может сформироваться новая диссипативная структура системы, в т.ч. и более упорядоченная, чем структура, существовавшая до этого периода. Таким образом, при определенных условиях хаос становится источником порядка в системе (также как и порядок в результате его консервации неизбежно становится источником роста энтропии). Только противоположения порядка и хаоса, их периодическая смена и непрестанная борьба друг с другом дают системе возможность развития, в том числе и прогрессивного.

Энтропия может как производиться внутри самой системы, так и поступать в нее извне - из среды. Среда играет большую роль в энтропийно - негэнтропийном обмене, которая заключается в следующем:

- среда может быть для системы генератором энтропии (флуктуации, приводящие систему в состояние хаоса, могут исходить из среды);

- среда может выступать также фактором порядка, поскольку те же флуктуации, усиливаясь, подводят систему к порогу самоорганизации;

- в среду может производиться отток энтропии из системы;

- в среде могут находиться системы, кооперативный обмен энтропией с которыми позволяет повысить степень упорядоченности (очень много примеров такого взаимодействия в живой природе; из области экономики можно вспомнить, например, о следующем: отходы производства нередко служат энтропийным фактором, особенно если у фирмы возникают проблемы с их уничтожением; в этом случае фирма, утилизующая их по договору, повысит не только свою негэнтропию, но и негэнтропию фирмы, которой они принадлежат), но, даже если среда воздействует на систему хаотически, а сила флуктуаций недостаточно велика, для того чтобы вызвать точку бифуркации, система имеет возможность преобразовывать хаос в порядок, совершая для этого определенную работу.[47] Случаи такого преобразования широко известны. Например, после второй Мировой войны американские оккупационные власти проводили в Японии политику, подкрепляемую законодательно, которая должна была навсегда оставить Японию в рядах слаборазвитых стран; тем не менее, она явилась одним из факторов, способствовавших японскому “экономическому чуду”. Второе “чудо” явила в послевоенный период лежавшая в руинах Германия, тогда как страны - победительницы демонстрировали куда меньшие успехи. Т.е. среда, обеспечивая приток к системе вещества, энергии и информации, поддерживает ее неравновесное состояние, способствует возникновению неустойчивости, служащей предпосылкой развития системы.

Хаос не только различными способами порождает порядок. Э. Лоренц (1963) доказал, что хаос, наблюдаемый во многих материальных процессах, может быть описан строго математически, т.е. имеет сложный внутренний порядок, поэтому имеет смысл говорить о простоте или сложности упорядоченности структуры или, вернее, вследствие неразработанности критериев простоты / сложности систем, о возможности наблюдения и описания порядка, существующего в том, что на первый взгляд кажется хаосом. Здесь же очень многое зависит от позиции, занимаемой наблюдателем или исследователем, а также его логического и технического инструментария.

Суммируем все вышеизложенное. В процессе своего развития система проходит две стадии: эволюционную (иначе называемую адаптационной) и революционную (скачок, катастрофа). Во время развертывания эволюционного процесса происходит медленное накопление количественных, и, в меньшей мере, качественных изменений параметров системы и ее компонентов, в соответствии с которыми в точке бифуркации система выберет один из возможных для нее аттракторов. В результате этого произойдет качественный скачок и система сформирует новую диссипативную структуру, соответствующую выбранному аттрактору, что происходит в процессе адаптации к изменившимся условиям внешней среды.

Эволюционный, “спокойный” этап развития характеризуется наличием механизмов, которые подавляют сильные флуктуации системы, ее компонентов или среды и возвращают ее в устойчивое состояние, свойственное ей на этом этапе. Вследствие этого развитие на стадии плавных преобразований, по предположению И. Пригожина, носит детерминированный характер. Но постепенно в системе возрастает энтропия, поскольку из - за накопившихся в системе, ее компонентах и внешней среде изменений способность системы к адаптации падает и нарастает неустойчивость. Возникает острое противоречие между старым и новым в системе, а при достижении параметрами системы и среды бифуркационных значений, неустойчивость становится максимальной и даже малые флуктуации приводят систему к катастрофе - скачку. Здесь вступает в силу «случайность», развитие приобретает непредсказуемый характер, поскольку оно вызывается не только внутренними флуктуациями, силу и направленность которых можно прогнозировать, проанализировав историю развития и современное состояние системы, но и внешними, что крайне усложняет, а то и делает невозможным прогноз. Иногда вывод о будущем состоянии и поведении системы можно сделать, исходя из “закона маятника” - скачок может способствовать выбору “противоположного” аттрактора. После формирования новой диссипативной структуры система снова вступает на путь плавных изменений и цикл повторяется. Т.е. плавные, эволюционные изменения компонентов системы и среды затрагивают, прежде всего, ее функцию. Более пластичная, она быстрее отзывается на них и продуцирует некоторые изменения структуры; накапливаясь, они приводят систему к точке бифуркации, в которой флуктуации вызывают скачок. В результате и функция, и структура претерпевают серьезную перестройку в соответствии с притянувшим систему аттрактором. Так продолжается до тех пор, пока система в одной из точек бифуркации не будет притянута странным аттрактором, т.е. не станет хаотичной и не разрушится.

 

 

4 ВОПРОС