Физические модели самоорганизации в экономике

В физической картине мира до 70-х годов XX века господствовали два закона классической термодинамики. Первый (закон сохранение энергии) фиксировал всеобщее постоянство и превращаемость энергии. Второй закон термодинамики выражал направленность перехода энергии от более нагретых тел к менее нагретым. В соответствии с классическими физическими представлениями в замкнутой системе происходит выравнивание температур, система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, соответствующее максимуму энтропии. Таким образом, в физической картине мира принцип возрастания энтропии означает одностороннее течение явлений в направлении хаоса, беспорядка и дезорганизации.

Однако эволюционная теория Ч.Дарвина утверждает, что живая природа развивается в направлении совершенствования и усложнения новых видов живых организмов. В обществе наблюдается процесс социального творчества, т.е. созидания нового. Каким же образом из всеобщей тенденции к увеличению энтропии может появиться порядок в живой системе и социуме? Ответить на этот вопрос в рамках научной картины мира того времени не удавалось. Считалось, что между живой и неживой природой существует непреодолимый барьер, и лишь живой природе присущи эффекты самоорганизации и самоуправления.

Объяснить противоречия удалось с учетом того факта, что живые системы являются открытыми, то есть способными обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Открытая система не может быть равновесной, потому что ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, т. е. ее прежняя структура, разрушается. В системе между элементами возникают новые согласованные связи.

Результатом таких размышлений явилось развитие нелинейной и неравновесной термодинамики необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации.

Самоорганизация, по определению немецкого физика Г.Хакена, — спонтанный переход системы от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем. Этот процесс носит необратимый характер и приводит к образованию более сложной структуры всей системы.

Г.Хакен ввел в науку термин «синергетика» (от греч. synergeia – сотрудничество, совместное действие), назвав так научное направление, объединившее исследования в области самоорганизации систем различной природы. Идеи самоорганизации получили развитие в работах И.Пригожина, разработавшего теорию необратимых процессов в открытых неравновесных системах (теорию диссипативных структур).

Синергетика смогла объяснить эволюционные процессы в природе, дополнив кибернетику и общую теорию систем. Кибернетика и общая теория систем изучают процессы гомеостаза, т.е. поддержания динамического равновесия посредством механизма отрицательной обратной связи (внешние воздействия гасятся). При этом подразумевается заранее поставленная цель и внешнее управление.

В синергетике в противоположность кибернетике исследуются механизмы возникновения в процессе самоорганизации новых состояний, структур и форм, а не сохранения и поддержания старых форм. Поэтому она опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменения, возникающие в системе, не подавляются и корректируются, а, наоборот, постепенно накапливаются. В итоге это приводит к разрушению старой и возникновению новой системы. Синергетика изучает качественные изменения, когда положительная обратная связь рассматривается как автокатализ, увеличивающий отклонения от равновесного состояния.

Синергетика сформулировала принцип самодвижения в неживой природе: создание более сложных систем из более простых. С синергетикой в физику проник эволюционный подход, в рамках которого наука приходит к пониманию творения как создания нового. Синергетика ввела случайность на макроскопический уровень, тем самым подтвердив выводы механики для микроскопического уровня. Она подтвердила вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии. Синергетика пытается ответить на вопрос, как образовались все те макросистемы, в которых мы живем.

Синергетика акцентирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Неравновесность связана с адаптацией к внешней среде (система вынуждена изменять свою структуру). Синергетика исследует нестационарные структуры, которые возникают в системах в результате внутреннего (самоорганизация) или внешнего (вынужденная организация) воздействия.

Основным понятием в синергетике является неустойчивость, которая проявляется через флуктуации – случайные колебания внешних условий и внутренних параметров состояния системы. При флуктуациях состояние системы колеблется в окрестностях некоторого среднего положения. В этих условиях пропадает определенность (детерминизм) дальнейшего пути эволюции системы. Чем сложнее система, тем многочисленнее типы флуктуаций, угрожающие ее устойчивости. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей ее эволюции. В критический момент даже небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение системы.

Развитие системы осуществляется через случайный выбор одного из возможных путей дальнейшей эволюции в точке бифуркации (от лат. bifurcus – раздвоенный). Под точкой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, после которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейшей эволюции. В этой точке система начинает развитие в новом направлении, изменив свое поведение. В точке бифуркации случайность подталкивает систему на новый путь развития, а после того как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм — и так до следующей точки бифуркации. В развитии системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.

Синергетика отвечает на вопрос, за счет чего происходит эволюция в природе. Везде, где создаются новые структуры, необходим приток энергии и обмен со средой (эволюция, как и жизнь, требует метаболизма). Развитие в синергетике понимается как процесс становления качественно нового, того, что еще не существовало в природе и предсказать которое можно только с некоторой вероятностью. С точки зрения синергетики энергия как бы застывает в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Энергия характеризует способность производить работу, и не только механическую, но и работу по созданию новых структур. Энергия творит более высокие уровни организации.

Понятие энтропии характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы. В открытых системах так же, как и в изолированных, возникает энтропия, происходят необратимые процессы, но за счет получения материальных ресурсов, энергии и информации система сохраняется, а энтропию выводит в окружающую среду. То есть самоорганизация системы и возникновение в ней нового порядка – более высокого уровня – возможны за счет увеличения хаоса в окружающей среде.

Таким образом, с точки зрения синергетики эволюцию можно рассматривать как неограниченную последовательность процессов самоорганизации. При этом хаос выступает и как разрушитель, и как созидатель, через него осуществляется конструктивное развитие: из хаоса рождается порядок.

Главенствующую роль в эволюции окружающего мира играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность, т. к. все системы непрестанно флуктуируют. В точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности, который называют диссипативной структурой. Новые структуры называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят. С одними и теми же граничными условиями оказываются совместимыми множество различных диссипативных структур. Это — следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций. Малые различия могут привести к крупномасштабным последствиям. И. Р. Пригожин назвал структуры диссипативными, поскольку они образуются за счет диссипации, или рассеяния, энергии, использованной системой, и получения из окружающей среды новой, «свежей» энергии.

Следовательно, случайность встроена в механизм эволюции, и невозможно осуществлять жесткий контроль за развитием систем, испытывающих бифуркационные разветвления. Варианты развития системы можно предвидеть, но какой именно из них будет выбран, предсказать нельзя.

В литературе встречается образное название синергетики – философия надежды, так как именно синергетика может послужить основой проектирования дальнейшего движения человечества. Это обеспечивается междисциплинарным характером знания, диалогом и синтезом науки и искусства, диалогом науки и религии, западного и восточного мировоззрений. Кроме того, обеспечивается новая методология понимания путей эволюции социальных систем, причин эволюционных кризисов, угрозы катастроф, надежности прогнозов и принципиальных пределов предсказуемости в экологии, экономике, социологии, геополитике.

Физические представления нелинейной динамики развития сложных открытых систем, возникновения порядка из хаоса вполне могут быть применимы к различным экономическим системам.

В настоящее время есть все основания предполагать, что в экономической науке наступает момент коренного изменения ее развития. Новым подходом может быть разработка общего алгоритма динамики общества на основе универсальной модели самоорганизации, предлагаемой синергетикой.

Применение синергетических представлений в экономике обусловлено:

1. большим разнообразием факторов, влияющих на развитие экономической системы;

2. необходимость удовлетворения экономических интересов общества в достаточно короткие промежутки времени;

3. неэффективностью административно-командных методов управления при государственном планировании и прогнозировании, основанных на линейных представлениях;

4. нелинейностью поведения экономических систем: одна и та же экономическая модель дает разные результаты в странах с различными социально-экономическими укладами.

В 20-е годы прошлого века Н.Д. Кондратьевым была разработана модель длинных волн в экономике, которая широко используется и в настоящее время. Ученый пришел к выводу, что колебательные движения в экономике представляют собой процессы отклонений от равновесных состояний, к которым стремится экономика, и при этом отклонения носят циклический характер.

Циклический процесс развития экономики, по мнению Н.Д. Кондратьева, состоит в чередовании четырех фаз цикла: повышательной волны, перелома повышательной волны, понижательной волны, перелома понижательной волны. В процессе колебательного процесса развития от подъемов до кризисов в недрах каждой предыдущей фазы зарождаются предпосылки для образования последующей.

Н.Д. Кондратьев и его последователи подчеркивали, что необходимо анализировать не только кризисы, но и всю совокупность волнообразных движений в экономике. С этой точки зрения представляет интерес равновесное состояние экономики.

В физическом понимании рынок — это экономическое пространство—время, в котором происходит купля—продажа произведенных товаров и услуг с помощью денег, взаимоотношение между производителем и покупателем—потребителем через спрос и предложение. Поведение экономической системы обусловлено, таким образом, совокупным спросом и совокупным предложением, взаимоотношение между которыми регулируется конкуренцией.

Механизм рыночной конкуренции в экономике выполняет функцию, аналогичную диссипации энергии в природных процессах и системах: возникает саморегулирующийся процесс соответствия производства и потребления, продажи и купли услуг и товаров. Взаимодействие конкуренции и саморегулирующихся рыночных цен на товары и услуги создает доход и прибыль.

Равновесным можно считать такое состояние экономики, когда любой образующийся в нем излишек или недостаток товаров, услуг, капиталов и денег со временем стремится к нулю. При экономическом равновесии совокупный спрос равен совокупному предложению, инвестиции равны сбережениям, цены и заработная плата стабильны, деньги выполняют в основном функцию средства обращения.

Если равновесие устойчиво, то в системе возникает механизм его самоподдержки. Если в какой-то момент времени сбережения стали превышать инвестиции, то возникает избыточное предложение денег и норма процента уменьшается, делая более выгодными инвестиции и менее выгодными — сбережения. В результате инвестиции растут, а сбережения сокращаются. Если же, наоборот, инвестиции превышают сбережения, то эффективность инвестиций уменьшается из-за падения спроса на товары и услуги, а сбережения растут, и снова восстанавливается равенство инвестиций и сбережений.

При синергетическом моделировании рынка как самоорганизующейся системы необходимо анализировать взаимовлияние спроса и предложения в нелинейных условиях, проявляющихся в виде самоорганизации ценообразования и в производстве товаров, и рассматривать эти процессы в общем случае как гармоническое взаимодействие хаоса и порядка в сложных системах

Одной из основных характеристик социально-экономических процессов является то, что они не обладают постоянной во времени структурой и все происходящие в них изменения идут за счет внутреннего саморазвития, и они лишь частично зависят от внешних воздействий. Другими словами, в процессе своего развития система в какой-то мере самодостаточна и развивается по своим законам, участвуя в противоположных процессах — организации порядка структур и их беспорядка — хаоса, диссипации энергетических и материальных потоков.

В качестве структуры в экономике может выступать как сформировавшаяся фирма в качестве производителя товара, так и процесс, например, организации производства, купли—продажи товаров и т.д. Диссипативное начало хаотического нерегулируемого процесса в открытой экономической системе может «перевесить» «работу» источника организации регулярного процесса или структуры, и тогда устойчивые структуры возникнуть не могут. Если же потребление превышает производство, то появление новых организаций невозможно — хаос потребления не дает возможности возникновения устойчиво организованных фирм и предприятий, и без помощи извне (диссипации) — дополнительных инвестиций или перестройки в потреблении — экономического роста не будет.

С другой стороны, при отсутствии диссипации организация спонтанно возникнуть не может. Как утверждает синергетика, для развития сложных систем диссипация выступает в качестве необходимого элемента саморазвития. При частичном перепроизводстве, т.е. появлении излишка какого-либо товара, предложение превышает спрос на этот товар. В качестве диссипации выступает убыток предприятия, что останавливает дальнейшее производство непотребленного и, следовательно, неэкономичного товара и сохраняет систему от неэффективного растрачивания ресурсов.

В соответствии с механизмом функционирования диссипативных структур в сложных самоорганизующихся системах наблюдается закономерный переход от хаотичности к упорядочению. Во время выхода экономики из кризиса имеет место уменьшение энтропии, т.е. движение экономической системы к упорядочению и стабильности. Таким образом, кризис в экономике — это такой же необходимый процесс, как и другие фазы автоколебательного процесса. Кризис - нарушение равновесия и в то же время процесс перехода к некоторому новому равновесию. Производство и потребление взаимодействуют друг с другом, подобно одновременному наличию хаоса и порядка в саморазвитии сложной системы, образуя типичную диссипативную структуру. В этом смысле кризис является реальным процессом, не подверженным ни государственному регулированию, ни стихийному рынку. Он требуется для саморазвития экономической системы.

Выводы

1. В настоящее время к основным перспективным материалам относят керамические, композиционные и тонкопленочные материалы, получение которых возможно только при использовании современных технологий: нанотехнологий, биотехнологий, технологий обновления производства энергии. Применение данных материалов и технологий приводит к значительным экономическим и экологическим выгодам.

2. Основная цель генных технологий – видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Генные технологии привели к синтезу новых лекарственных препаратов, появлению генетически модифицированных организмов (ГМО).

3. Развитие генных технологий привело к появлению клонов – точных генетических копий донора соматической клетки. Возможность клонирования человека сопровождается рядом проблем биоэтического, морального, социального, юридического плана.

4. Кибернетика – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в технических, биологических, социальных системах. Кибернетика исследует сложные динамические системы с отрицательной обратной связью, при которой поведение системы уменьшает внешнее воздействие. Как междисциплинарное направление научного знания кибернетика дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи.

5. Синергетика – теория самоорганизации систем с положительной обратной связью, когда поведение системы усиливает внешнее воздействие. Самоорганизация - спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложной к более сложным и упорядоченным формам организации. Этот переход требует дополнительного притока энергии, вследствие чего энтропия системы уменьшается.

6. Условия самоорганизации: система должна быть открытой, находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия, обладать достаточным количеством взаимодействующих элементов.

7. Усиление порядка в системе осуществляется через флуктуации – случайные отклонения состояния системы от какого-то среднего положения. Из-за случайного характера флуктуаций эволюция систем любой природы осуществляется через неустойчивость (хаотичность). Развитие осуществляется через случайный выбор одного из нескольких разрешенных путей дальнейшей эволюции системы в точке бифуркации, где происходит скачкообразный переход системы в новое состояние. При этом теряется линейность развития.

8. Физические модели самоорганизации применимы к экономическим системам, для саморазвития которых требуется кризисное состояние, рассматриваемое как флуктуация системы. В этом смысле кризис является реальным процессом, не подверженным ни государственному регулированию, ни стихийному рынку.

9. При синергетическом моделировании рынка как самоорганизующейся системы необходимо анализировать взаимовлияние спроса и предложения в нелинейных условиях, проявляющихся в виде самоорганизации ценообразования и в производстве товаров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Баранцев, Р.Г. Синергетика в современном естествознании / Предисл. Г.Г. Малинецкого. Изд. 2-е, доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. – 160с. (Синергетика: от прошлого к будущему).

2. Князева, Е.Н. Одиссея научного разума. Синергетическое видение научного прогресса. – М., 1995. – 228 с.

3. Концепции современного естествознания: учеб. пособие / В.О. Голубинцев и др.; под общ. ред. С.И. Самыгина. – 9-е изд. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 412 с. – (Высшее образование).

4. Концепции современного естествознания: Учебник / Ю.К. Баленко, Т.А. Беспамятных, Э.М. Киселева и др.; Под ред. Л.А. Михайлова. – СПб.: Питер, 2008. – 335 с.

5. Кравченко, Л.Г. Концепции современного естествознания: ответы на экзаменационные вопросы / Л.Г. Кравченко; под ред. С.В. Процко. – Минск: ТетраСистемс, 2010. – 128 с.

6. Манолов, К. Великие химики: в 2-х т. – М.: Мир, 1986. – 438 с.

7. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. — 622 с.

8. Начала современного естествознания: концепции и принципы: учебное пособие / В.Н. Савченко, В.П. Смагин. – Ростов н/Д.: Феникс, 2006. – 608 с. – (Высшее образование).

9. Николис, Г., Пригожин, И.Р. Познание сложного. – М., 1990. – 321 с.

10. Полетаев, А.И. Геология для всех, или поговорим о странностях … Земли. – М.: КомКнига, 2007. – 176 с.

11. Стрельник, О.Н. Концепции современного естествознания: конспект лекций. – М.: Юрайт, 2010. - 224 с. – (Высшее образование).

12. Хорошавина, С.Г. Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 5-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 478 с. – (Высшее образование).