Основы современной синергетики

  Любые объекты  окружающего нас мира представляют  собой  системы,  т.е.  совокупность  составляющих их элементов и  связей между ними.

Элементы любой системы, в  свою  очередь,  всегда  обладают  некоторой самостоятельностью  поведения.  При  любой  формулировке  научной   проблемы  всегда присутствуют определенные допущения,  которые  отодвигают  за  скобки  рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных  элементов.  Однако  этот микроуровень самостоятельности  элементов  системы  существует  всегда.  Поскольку  движения элементов на этом уровне обычно  не  составляют  интереса  для исследователя, их принято называть  “флуктуациями”.  В  нашей  обыденной  жизни мы также концентрируемся  на значительных, информативных  событиях,  не обращая внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.

Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов  позволяет  говорить  о  существовании  в  системе  некоторых  механизмов  коллективного  взаимодействия   –   обратных   связей.   Когда   коллективное,    системное  взаимодействие  элементов  приводит  к  тому,  что  те  или  иные   движения  составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных  обратных  связей. Собственно говоря, именно отрицательные  обратные  связи  и  создают  системы, как устойчивые, консервативные, стабильные  объединения  элементов.

 Именно отрицательные  обратные связи, таким  образом,  создают  и  окружающий нас  мир, как устойчивую систему  устойчивых систем.

Стабильность и устойчивость,  однако,  не  являются  неизменными.  При  определенных  внешних   условиях   характер   коллективного   взаимодействия  элементов  изменяется  радикально.   Доминирующую   роль   начинают   играть положительные  обратные связи, которые не подавляют, а наоборот  -  усиливают индивидуальные   движения   составляющих.   Флуктуации,   малые    движения,  незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Это означает,  кроме прочего, возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.

Момент, когда  исходная  система  теряет  структурную  устойчивость  и качественно перерождается, определяется  системными  законами,  оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия.

Особую  роль в мировом  эволюционном процессе играет  принцип  минимума диссипации энергии. Необходимо  отметить,  что принцип минимума  диссипации  (рассеяния) энергии,  не  признается  в качестве  универсального  естественнонаучного закона.  Илья   Пригожин,   в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу.  С другой стороны,  употребление  термина   «принцип»,   а   не   «закон»,   оставляет возможность уточнения формулировок.

Моменты   качественного   изменения   исходной   системы    называются  бифуркациями состояния  и описываются соответствующими  разделами  математики  - теория  катастроф,  нелинейные  дифференциальные  уравнения и т.д.  Круг систем, подверженных такого рода явлениям,  оказался  настолько широк,  что позволил  говорить  о катастрофах и бифуркациях,  как об   универсальных свойствах материи [5].

Таким  образом,  движение  материи  вообще  можно  рассматривать,  как  чередование  этапов   адаптационного   развития   и   этапов   катастрофного  поведения.  Адаптационное  развитие   подразумевает   изменение   параметров  системы  при сохранении неизменного порядка  ее  организации.  При  изменении  внешних условий параметрическая  адаптация позволяет  системе  приспособиться  к новым ограничениям, накладываемым средой.

Возникновение нового  качества,  как  уже  отмечалось,  происходит  на  основании усиления малых случайных движений элементов  –  флуктуаций.  Это  в  частности  объясняет тот факт, что  в  момент  бифуркации  состояния  системы  возможно не  одно,  а  множество  вариантов  структурного  преобразования  и  дальнейшего  развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает  наши  возможности  точного  прогнозирования  развития,  оставляя,  тем  не  менее,  возможности важных качественных заключений.

                   2.2 Самоорганизация в синергетике

 В определенной  части своего смысла синергетика   и  такие  понятия  как   самоорганизация, саморазвитие и  эволюция имеют общность,  которая   позволяет  указать  их  все   в  качестве  результатов   синергетического   процесса.   В  особенности самоорганизация  устойчиво ассоциируются сегодня  с  синергетикой.  Однако такие  ассоциации имеют двоякое   значение.  С  одной  стороны,  эффект  самоорганизации  является  существенным,  но,  тем  не   менее,   одним   из  компонентов,  характеризующих синергетику, с другой - именно  этот  компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило,  является  наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

Не  только  результаты,  а  и  условия,  причины   и   движущие   силы самоорганизации  имеют   альтернативы.   В   рассмотрении   И.Р.   Пригожина  применительно  к  диссипативным   структурам   речь   идет   о   когерентной  самоорганизации,   альтернативой   для   которой   является    континуальная  самоорганизация индивидуальных  микросистем,  разработанная  и  предложенная  А.П.  Руденко. 

Теоретическое   обоснование   явления  самоорганизации  неравновесных  открытых  систем,  равно  как   и   процесса  неравновесного упорядочения,  было  дано  И.Р.  Пригожиным  и  А.П.  Руденко  практически в одно время независимо  друг  от  друга.  Главным  достоинством  «континуальной» самоорганизации, предложенной  А.П.  Руденко,  является  то,  что   именно   такой   подход   позволяет   провести   рассмотрение    связи  самоорганизации  и  саморазвития. 

В  соответствии  с  развитыми   взглядами  сущность  прогрессивной  эволюции  состоит  в   саморазвитии   континуальной  самоорганизации индивидуальных объектов. Показывается,  что  способностью  к саморазвитию  и  прогрессивной  эволюции  с  естественным  отбором  обладают только индивидуальные микрообъекты с континуальной  самоорганизацией  и  что именно  прогрессивная  химическая  эволюция  способна  быть  основанием  для  возникновения жизни.

Синергетическая концепция  самоорганизации.

Объектами исследования являются открытые  системы  в  неравновесном  состоянии, характеризуемые  интенсивным (потоковым,  множественно–дискретным)  обменом веществом и энергией  между  подсистемами  и  между  системой  с  ее  окружением [6].

 Конкретная система   погружена  в  среду,  которая   является  также  ее субстратом. Среда - совокупность составляющих ее (среду) объектов,  находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие  -  контактное  взаимодействие.  Среда объектов  может быть  реализована в физической,  биологической и другой  среде более низкого уровня, характеризуемой как газо-подобная,  однородная  или сплошная.  (В составе системы реализуется дальнодействие  - полевое и опосредствованное (информационное взаимодействие.)

Различаются процессы организации  и самоорганизации Общим  признаком  для  них  является  возрастание  порядка  вследствие  протекания  процессов,  противоположных    становлению   термодинамического   равновесия   независимо  взаимодействующих  элементов  среды  (также  удаления  от  хаоса  по  другим  критериям).   Организация,   в    отличие    от    самоорганизации,    может  характеризоваться, например, образованием однородных стабильных  статических  структур.

Результатом    самоорганизации     становится     возникновение,  взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация)  и,  возможно,  регенерация   динамических   объектов   (подсистем). Система  и  ее  составляющие  являются  динамическими образованиями.

Направленность процессов  самоорганизации  обусловлена  внутренними  свойствами  объектов  (подсистем)  в  их   индивидуальном   и   коллективном  проявлении, а также  воздействиями со стороны среды,  в  которую  «погружена»  система.

Поведение элементов (подсистем) и  системы  в  целом,  существенным  образом характеризуется спонтанностью - акты поведения не  являются  строго  детерминированными.

Процессы  самоорганизации  происходят  в  среде  наряду  с  другими  процессами, в частности  противоположной направленности, и  могут в  отдельные  фазы существования  системы как преобладать над  последними (прогресс), так  и  уступать им (регресс). При этом  система  в  целом  может  иметь  устойчивую  тенденцию или претерпевать колебания  к эволюции либо деградации и распаду.

Самоорганизация может  иметь в своей основе процесс  преобразования  или  распада  структуры, возникшей ранее в  результате процесса организации. 

Приведенное  развернутое  определение  является  если  и   не   вполне  совершенным,  то  все-таки   необходимым   шагом   на   пути   конкретизации содержания, которое относится к синергетике,  и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.

 О соотношении  синергетики и самоорганизации  следует вполне определенно   сказать, что содержание, на которое  они  распространяются,  и   заложенные  в  них идеи неотрывны  друг от друга. Они, однако,  имеют  и  различия.  Поэтому   синергетику как концепцию   самоорганизации  следует   рассматривать  в  смысле  взаимного сужения этих понятий  на области их пересечения.

3. РОЛЬ  И МЕСТО СИНЕРГЕТИКИ  В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ

Синергетика, имея первоначально естественнонаучную основу (нелинейный анализ, теорию детерминированного хаоса, теорию диссипативных структур, фрактальную геометрию природы, моделирование быстрых процессов, ныне все более гуманитаризируется. Она постепенно становится человекомерной   областью знания.

Обнаруживается  плодотворность ее применения в понимании  феномена человека и человеческой культуры, в разгадывании тайн человеческого  сознания и психики.

Благодаря недавним результатам в области синергетики (или теории самоорганизации) начинают устанавливаться внутренние связи  между естественными и гуманитарными  науками, восточным и западным мировосприятиями, новой наукой (наукой о сложности, нелинейности и хаосе) и старой культурой, наукой и искусством, наукой и философией. Синергетика имеет интегративную  или    синтетическую ценность.

Существуют  достаточно веские основания полагать, что синергетика может служить  основой для междисциплинарного синтеза знания. Синергетика междисциплинарна по своей собственной природе, поскольку  она ориентирована на поиск универсальных  паттернов эволюции и самоорганизации  открытых нелинейных систем любого рода, независимо от конкретной природы их элементов или  подсистем. Понятия  самоорганизации, хаоса и порядка, нелинейности начинают широко использоваться как в естественных, так и в  гуманитарных науках. Теория самоорганизации  активно разрабатывается в настоящее  время в различных странах  в ряде научных школ в самых  разнообразных аспектах.

Синергетика является одной из современных исследовательских  программ, программой междисциплинарных, или транс дисциплинарных, исследований. Судя по всему, именно эта область  знания инициирует глубокие изменения  в методологических основаниях современной  науки, в философском взгляде на мир, в самом стиле научного мышления. Сегодня формируется некий новый нетрадиционный взгляд на мир - синергетическое видение мира [7].

В последние  годы наблюдается стремительный  и бурный рост интереса к синергетике. Издаются солидные монографии, учебники, выходят сотни статей, проводятся национальные и международные конференции. Как следствие этого процесса растет число     словосочетаний, использующих ставший модным термин в самых неожиданных и парадоксальных контекстах: синергетическая парадигма, синергетический подход к проблемам  национальной безопасности, синергетические  начала образования и т.д.

Столь широкая  популярность, "подхваченность", одного из направлений современного точного естествознания радует, но вместе с тем не может не настораживать, ибо употребление термина всуе, без  должного понимания специфики направления, подчас в полном отрыве от первоначального  значения термина "синергетика", а то и просто как дань модному  увлечению, короче, чрезмерно экстенсивный рост синергетического направления  таит в себе опасность скорой дискредитации  и (как следствие) быстрого, хотя и  незаслуженного, забвения [8].

Именно поэтому  представляется важным вернуться к  истокам синергетики и выяснить, какой смысл первоначально вкладывал (и продолжает вкладывать) создатель  синергетического направления и  изобретатель термина "синергетика" профессор Штугггартского 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.

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.

Нет необходимости  доказывать полезность синергетического подхода или настаивать на непременном  использовании названия "синергетика" всеми, чьи достижения, текущие результаты или методы сторонники синергетики  склонны считать синергетическими.