Синергетика.Порядок из хаоса

Нечто аналогичное происходит в  товарно-денежных отношениях. Здесь хаос — это рынок. Одни продают, другие покупают, при этом разброс чувств, мнений огромен. Но в хаосе рынка устанавливаются определенные закономерные отношения, которые изучает экономика как наука.

Сложной системой с хаосом и порядком является любой естественный язык. Филологи хорошо знают, что грамматические закономерности возникают случайным образом, одни случайности «вымирают», а другие, наоборот, приобретают все новых сторонников. Язык — это шум, хаос, в котором есть порядок.

Исходя из успехов синергетики  ученые объясняют возникновение и развитие упорядоченных систем перестройкой хаоса. Все возникает из хаоса. Поскольку система «забывает» свои прошлые состояния, то неизвестно, что было до хаоса и в принципе это невозможно узнать.

Предмет же синергетики охватывает все этапы универсального процесса самоорганизации как процесса эволюции порядка - его возникновения, развития, самоусложнения и разрушения, т.е. весь цикл развития системы в аспекте  ее структурного упорядочения. Иными  словами, синергетику можно считать  наиболее полной, интегральной теорией  порядка и хаоса потому, что  она исследует различные фазы (уровни) порядка и проявления различной  роли хаоса на этих этапах порядкообразования.   

Методологическое преимущество синергетики, по сравнению с упомянутыми нами ранее теориями, заключается в  том, что последние анализируют  процессы упорядочения и организации  под специфическим исследовательским  углом зрения (доминирующим гештальтом). Так, например, классическая социология и кибернетика акцентируют свое внимание преимущественно на проблемах  устойчивости и равновесности систем, а значит - их управляемости; теория социальной энтропии - на роли неравновесности  в формировании социального порядка; системный подход - на условиях сохранения целостности системы и ее адаптивных способностях при изменении окружающей среды. Предмет же синергетики охватывает все этапы универсального процесса самоорганизации как процесса эволюции порядка - его возникновения, развития, самоусложнения и разрушения, т.е. весь цикл развития системы в аспекте  ее структурного упорядочения. Иными  словами, синергетику можно считать  наиболее полной, интегральной теорией  порядка и хаоса потому, что  она исследует различные фазы (уровни) порядка и проявления различной  роли хаоса на этих этапах порядкообразования.

Самоорганизация - это основной закон  природы, это - механизм управления процессами, происходящими на всех уровнях, направленный на возникновение и поддержание  процессов, связанных с образованием новых более высокоорганизованных форм и структур, предусмотренных  эволюцией, и подавлением процессов, которые находятся в стороне  от эволюции, противодействуют ей. Все  эти силы и законы, механизмы управления, заложенные в природе, не имеют смысла, если изначально развитие всей Вселенной  случайно, не имеет Высшей цели и  обеспечивающей ее программы.

О соотношении синергетики  и самоорганизации вполне определено, что содержание, на которое они  распространяются, и заложенные в  них идеи неотрывны друг от друга. Они же имеют и различия. Поэтому  синергетику как концепцию самоорганизации  следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий  на области их пересечения. Эффект самоорганизации  является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих  синергетику, и именно этот компонент  придает выделенный смысл всему  понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес. Синергетика  открыла процессы самоорганизации в природе, но посчитала их природу случайной, не заметив, что самоорганизация охватывает все уровни Вселенной и является ее законом. [2, с. 60-61] 

§4.Причины хаоса.

Идеи Брюссельской школы, существенно  опирающиеся на работы Пригожина, образуют новую, всеобъемлющую теорию изменений.

В сильно упрощенном виде суть этой теории сводится к следующему. Некоторые  части Вселенной действительно  могут действовать как механизмы. Таковы замкнутые системы, но они  в лучшем случае составляют лишь малую  долю физической Вселенной. Большинство  же систем, представляющих для нас  интерес, открыты — они обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить: и информацией) с окружающей средой. К числу открытых систем, без сомнения, принадлежат биологические  и социальные системы, а это означает, что любая попытка понять их в  рамках механической модели заведомо обречена на провал.

Кроме того, открытый характер подавляющего большинства систем во Вселенной  наводит на мысль о том, что  реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок, стабильность и равновесие: главенствующую роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность.

Если воспользоваться терминологией  Пригожина, то можно сказать, что  все системы содержат подсистемы, которые непрестанно флуктуируют. Иногда отдельная флуктуация или  комбинация флуктуацией может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдержит и  разрушится. В этот переломный момент (который авторы книги называют особой точкой или точкой бифуркаци) принципиально  невозможно предсказать, в каком  направлении будет происходить  дальнейшее развитие: станет ли состояние  системы хаотическим или она  перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности  или организации, который авторы называют диссипативной структурой. (Физические или химические структуры  такого рода получили название диссипативных  потому, что для их поддержания  требуется больше энергии, чем для  поддержания более простых структур, на смену которым они приходят).Один из ключевых моментов в острых дискуссиях, развернувшихся вокруг понятия диссипативной структуры, связан с тем, что Пригожин подчеркивает возможность спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.Обобщая, мы можем утверждать, что в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения, или флуктуации, могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру, а это проливает свет на всевозможные процессы качественного или резкого (не постепенного, не эволюционного) изменения. Факты, обнаруженные и понятые в результате изучения сильно неравновесных состояний и нелинейных процессов, в сочетании с достаточно сложными системами, наделенными обратными связями, привели к созданию совершенно нового подхода, позволяющего установить связь фундаментальных наук с «переферийными» науками о жизни и, возможно, даже понять некоторые социальные процессы. [3, c. 119-120] 

§5.Роль энтропии как меры хаоса.

Знаменитое второе начало (закон) термодинамики  в формулировке немецкого физика Р. Клаузиса звучит так: «Теплота не переходит  самопроизвольно от холодного тела к более горячему».

Закон сохранения и превращения  энергии (первое начало термодинамики), в принципе, не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии  сохранялось в прежнем объеме. Но в реальности это никогда не происходит. Данную односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в  замкнутых системах и подчеркивает второе начало термодинамики.

Для отражения этого процесса в  термодинамику было введено новое  понятие — «энтропия». Под энтропией  стали понижать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго  начала термодинамики приняла такой  вид: при самопроизвольных процессах  в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.

Физический смысл возрастания  энтропии сводится к тому, что состоящая  из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система  стремится перейти в состояние  с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это и есть наиболее простое  состояние системы, или термодинамическое  равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое  равновесие, что эквивалентно хаосу.

Однако, исходя из теории изменений  Пригожина, энтропия — не просто безостановочное  соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации. При определенных условиях энтропия становится прародительницей порядка. [3, c. 121] 

§6.Порядок из хаоса.

В физической картине мира до 70-х  годов XX века царствовали два закона классической термодинамики. Первый закон  термодинамики (закон сохранения и  превращения энергии) фиксировал всеобщее постоянство и превращаемость энергии. Закон констатировал, что в замкнутой  системе тел нельзя ни увеличить, ни уменьшить общее количество энергии. Этот закон утверждал независимость  такого изменения энергии от уровня организации животного, человека, общества и техники. Второй закон термодинамики  выражает направленность перехода энергии, именно переход теплоты от более  нагретых тел к менее нагретым. Иногда этот закон формулируют так: тепло не может перетечь самопроизвольно  от холодного тела к горячему. Этому  могут способствовать только затраты  дополнительной работы.

В соответствии с классическими  физическими представлениями в  замкнутой системе происходит выравнивание температур, система стремится к  своему термодинамическому равновесию, порядку, соответствующему максимуму  энтропии. В физической картине мира принцип возрастания энтропии соответствует  одностороннему течению явлений, т. е. в направлении хаоса, беспорядка и дезорганизации. Один из основателей  классической термодинамики Р. Клаузис  в своей попытке распространить законы термодинамики на Вселенную  пришел к выводу: энтропия Вселенной  всегда возрастает. Если принять этот постулат как реальный факт, то во Вселенной  неизбежно наступит тепловая смерть. С тех пор, как физика открыла  этот процесс рассеивания, деградации энергии, люди чувствовали «понижение теплоты вокруг себя». Многие ученые не соглашались с выводами Клаузиса. В. И. Вернадский утверждал, что «жизнь не укладывается в рамки энтропии». В природе наряду с энтропийными процессами происходят и антиэнтропийные  процессы. Многие учение высказывали  сомнение по поводу распространения  второго закона термодинамики на всю Вселенную. Но в мире, как мы знаем, не только господствует тяга к  тепловой или другой смерти. В мире постоянно идет процесс возникновения  нового, эволюции и развития разного  рода систем. Согласно эволюционной теории Дарвина, живая природа развивается  в направлении усовершенствования и усложнения всё новых видов  растений и животных. В обществе наблюдается процесс социального творчества, т. е. созидания нового. Спрашивается, как из всеобщей тенденции к энтропии, дезорганизации может появиться « порядок» в живой природе и социуме. Возникновение нового казалось невероятным чудом.

Ответить на вопрос, как происходит эволюция и возникновение в природе, как происходит организация порядка  из хаоса, «решила» новая наука синергетика (совместно с новой неравновесной  термодинамикой, теорией открытых систем).

Классическая термодинамика в  своем анализе систем отвлекалась  от их сложности и проблем взаимосвязи  с внешней средой. По существу, она  рассматривала изолированные, закрытые системы. Но в мире есть и открытые системы, которые обмениваются веществом, энергией информацией со средой. В  открытых системах тоже возникает энтропия, происходят необратимые процессы, но за счет получения материальных ресурсов, энергии и информации система  сохраняется, а энтропию выводит  в окружающую среду. Открытые системы  характеризуются неравновесной  структурой. Неравновесность связана  с адаптацией к внешней среде (система вынуждена изменять свою структуру), система может претерпевать много различных состояний неопределенность и т. д. Переход от термодинамики  равновесных процессов, к анализу  открытых систем ознаменовал крупный  поворот в науке, многих отраслях научных знаний. В открытых системах обнаружен эффект самоорганизации, эффект движения от хаоса к порядку.

Немецкий физик Герман Хакен  термином «синергетика» предложил  обозначить совокупный, коллективный эффект взаимодействия большого числа  подсистем, приводящих к образованию  устойчивых структур и самоорганизации  в сложных системах.

Конечно, феномен перехода от хаоса  к порядку, упорядочения ученые знали  и до этого. В качестве примеров организации  порядка из хаоса в неживой  природе можно привести авторегуляцию, принцип наименьшего действия и  принцип Ле-Шателье. Было открыто  самопроизвольное образование на Земле  минералов с более сложной  кристаллической решеткой. В химии  известны процессы, приводящие к образованию  устойчивых структур во времени. Примером является реакция Белоусова-Жаботинского, где раствор периодически меняет свой цвет от красного к синему в зависимости от концентрации соответствующих ионов.

В физике явления самоорганизации  встречаются от атомных объектов и кончая галактическими системами. Появление лазера – организация  порядка из хаоса. Атомы, внедренные в лазер, могут возбуждаться действием  энергии извне, например, путем освещения. Если внешняя энергия недостаточна, лазер работает как радиолампа. Когда  же она достигает мощности лазерной генерации, атомы, ранее испускавшие  волны хаотично и независимо, начинает излучать один громадный цуг волн длиной около 300 000 км. Выделяя при  этом очень большую энергию, передаваемую на большие расстояния. Атомная антенна  начинает резонировать, все атомы  начинают излучать согласованно, и  волны совершают как бы одно коллективное движение.

Биологические и социальные системы  поддерживают упорядоченные состояния, несмотря на возмущающие влияния  окружающей среды.

Синергетика исследует особые состояния  систем в области их неустойчивого  состояния, способность к самоорганизации, точки бифуркации (переходные моменты, переломные точки).

Синергетические закономерности

Как же синергетика объясняет процесс  движения от хаоса к порядку, процесс  самоорганизации, возникновения нового»?

1. Для этого система должна быть открытой, и от точки термодинамического равновесия. По мнению Стенгерс, большинство систем открыты — они обмениваются энергией, веществом информацией с окружающей средой. Главенствующую роль в окружающем мире играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновестность, от есть непрерывно флуктуируют.

2. Фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации.

3. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организации системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может начать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Под точкой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, после которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейшего развития. Примером бифуркаций могут служить «выбор спутника жизни», '' ситуации выбора учебного заведения». Наглядный образ бифуркации дает картина В. М. Васнецова «Рыцарь на распутье».

4. Новые структуры, возникающие в результате эффекта взаимодействия многих систем, называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых, на смену которым они приходят. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Те траектории или направления, по которым возможно развитие системы после точки бифуркации и которое отличается от других относительной устойчивостью, иными словами, является более реальным, называется аттрактором. Аттрактор- это относительно устойчивое состояние системы, притягивающее к себе множество «линий» развития, возможных после точки бифуркации. Случайность и необходимость взаимно дополняют друга в процессе возникновения нового.

5. Диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система рассеивает энергию, а, следовательно производит энтропию. Из энтропии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия не просто соскальзыванием системы к дезорганизации, она становится прародительницей порядка, нового. Так из хаоса (неустойчивости) в соответствии с определенной информационной матрицей рождается Космос. [6, c. 273-276]