Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход

Игнорирование смысла и ценности информации не помешало Шеннону решать прикладные задачи, для которых предназначалась первоначально его теория: инженеру по технике связи вовсе не обязательно вникать в суть сообщений, передаваемых по линии связи. Его задача заключается в том, чтобы любое подобное сообщение передавать как можно скорее, с наименьшими затра­тами средств (энергии, диапазона используемых частот) и, по возможности, безо всяких потерь. И пусть тот, кому предназначена данная информация (получатель сообщений), вникает в смысл, определяет ценность, решает, как использовать ту информацию, которую он получил.

Такой сугубо прагматичный подход позволил Шеннону ввести единую, не зависящую от смысла и ценности, меру количества информации, которая оказалась пригодной для анализа всех облада­ющих той или иной степенью упорядоченности систем.

1.2. Эволюционная триада и принцип причинности.

Причинность – один из видов связи, именно как генетический тип связи явлений: одно явление неизбежно порождает другое. Появление нового качества всегда имеет причину.

Известно, что развитие может быть прогрессом, но также и регрессом – деградацией.

Ряд видов связей (функциональные зависимости, отношение симметрии, пространственно-временные корреляции) не попадают под разряд причинно-следственных по содержанию. Но это не означает, что они беспричинны.

Креативный взгляд на становление существовал в культуре представлялся, говоря современным системным языком креативной триадой: Способ действия + Предмет действия = Результат действия, и закреплен в самих глагольных структурах языка; в корнях двуполой асимметрии человека как биологического вида; в образах божественного семейства древних религий : Озирис - Изида - Гор (Египет); " Тот, кто создает безостановочно миры - троичен. Он есть Брама- Отец; он есть Майя- Мать ; он есть Вишу- Сын; Сущность, Субстанция и Жизнь. Каждый заключает в себе двух остальных и все три составляют одно в Неизреченном. " (Упанишады). В космогонических мифах и философиях -- ТЕОС ( ЛОГОС) + ХАОС = КОСМОС ( Платон, Аристотель, Плотин, Пуруша(дух) + Пракрити(материя) = Браман (проявленная Вселенная) (Веды). Возникновение реальности как одухотворение материи, отсюда и творчество как вдохновение, и душа в христианстве как сплетение и борьба духовных и телесных (материальных) начал в человеке. А помните ветхозаветное начало творения? . . . "Земля была безвидна и Дух летал над Водами" . . . - и здесь из вод первозданного Хаоса родится определенность земной тверди нашего Мира. И это не случайно, только так естественным образом можно описать процесс возникновения чего либо вообще, когда следствие порождено причиной, в свою очередь состоящей из двух начал -активного и пассивного, имманентного любому действию. И конечно дело не в религиозной терминологии, свойственной человечеству большую часть его сознательной эволюции, но в самом процессе освоения человеком Времени - способе передачи социального опыта: миф, летопись, история, инструкция, в конце концов, предьявлены чередой событий-действий , образующих временную ткань доступную пониманию современников и потомков. Здесь без креативной триады не обойтись, и следуя неоплатонической традиции, а в ХХ веке Бердяеву, далее предпочтем ее называть Теос + Хаос = Космос. Поразительно, что и само ощущение времени, длящегося бытия настоящего, есть порождение, интерференция в нашем сознании прошедшего, которого никогда уже нет, и будущего, которого никогда еще нет, а интерпретация Теоса и Хаоса в данном случае зависит от точки зрения: то ли прошлое детерминирует , то ли будущее притягивает - временит, то ли настоящее формирует - все они в разной степени представлены в истории культуры, важна лишь непременность их креативной связи.

Итак, креативная триада имеет принципиально временную причинно следственную природу. Причем причина здесь понимается двуединой Теос + Хаос, она и рождает проявленный феномен, событие, структуру т. е. Космос (по древнегречески - строй боевых кораблей, и лишь позднее вселенский порядок). Отметим, что если Содержание и Форма предъявляют способ бытия вещи, то Теос и Хаос способ ее происхождения - генезис. В наиболее общем случае для естественника эта триада: закон природы + материальная субстанция = феноменальный мир, на языке гуманитария --- творческий акт в ноуменальном мире: замысел + потенция (материал) = произведение, форма.

Попробуем теперь дать полустрогое определение компонентов триады (окончательно это сделать все равно не удастся в силу большой символической, философской общности этих понятий)

ХАОС - неоформленная инертная материя, материал, простейшие элементы конструирования, сокрытые потенциальные возможности и формы, страдательное пассивное начало ( в мифологии женское начало - Инь), предмет действия, означаемое.

ТЕОС (ЛОГОС) - закон, эйдос, стабильные архетипы, принципы, замыслы, намерения, неизменные в процессе рождения Космоса, способ действия, глагол (в мифологии активное мужское начало - Ян), означающее.

КОСМОС - результат соединения-взаимодействия в акте становления Хаоса и Теоса - проявленная структура в феноменальном или ноуменальном мире, существующая по известным принципам временного развития ( в мифологии принцип гармонии - Дао ), результат действия.

2. Самоорганизация

2.1. Энтропия и информация

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.

"Мне кажется, что особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии. Сформулирую его следующим образом: если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему (процесс), то реализуется то ее состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии." Н.Н.Моисеев, академик РАН.

Справедливости ради необходимо отметить, что принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии, приведенный выше в изложении академика Моисеева, не признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья Пригожин, в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу. Оставим, однако, ведущим ученым фундаментальные вопросы. 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.

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.

Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или меньшими темпами диссипации энергии.

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.

Таким образом, синергетика находится целиком в русле традиционной диалектики, ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные, отрицания и т.п.

Одна из теорем Шеннона свидетельствует об уменьшении ин­формационной энтропии множества АВ, образованного в резуль­тате взаимодействий двух исходных упорядоченных множеств Либ.

H (A,B) ≤ H(A) + H(B)   (3.1)

В этом соотношении знак равенства относится к случаю отсут­ствия взаимодействий между множествами А и В .

В случае взаимодействий происходит уменьшение энтропии на величину:

 H = Н(А) + Н(В) - Н(А,В)                         (3.2)

Согласно негэнтропийному принципу информации (3.4) получаем :

 IS =Н(А) +Н(В) - Н(А,В)                            (3.3)

Распространяя рассмотренные Шенноном взаимодействия абстрактных математических множеств на случаи взаимодействий реальных физических систем, можно сделать следующие выводы :

1. Соотношения ( 3.1 ), (3.2) и (3.3 ) можно распространить на случаи взаимодействий упорядоченных физических систем, в частности на взаимодействия физических сред с различными видами полей.

При этом необходимо осуществлять переход от информационной энтропии Н к термодинамическай энтропии S.

2. Знак равенства в соотношении (3.1) соответствует случаю отсутствия взаимодействия между рассматриваемыми физически­ми системами (например, случай воздействия магнитного поля на не обладающую магнитными свойствами среду).

3. Во всех остальных случаях в соответствии с соотношением (3.3) происходит накопление структурной информации  IS, характеризующей увеличение упорядоченности структуры вновь образующейся системы (формирование и ориентация магнитных доменов под воздействием магнитного поля, структуализация под воздействием электрического поля поляризуемых сред и т.п.).

С помощью вероятностной функции энтропии можно описать формальным математическим языком процесс адапации системы к внешним воздействиям, понимая процесс адаптации как обучение оптимальному поведению в заданных условиях внешней среды.

Рассмотрим систему, обладающую возможностью выбора одного из N возможных ответов (реакций) на внешние воздействия. До прохождения обучения система способна отвечать на любые воздействия лишь выбранной наугад реакцией i, причем i может принимать любые значения от i = 1 до i = N, т.е.:

i=1,2,3,.. . N ,                                 (3.4)

При этом условии вероятности всех ответов равны друг другу, т.е.:

Р1= Р2 = … =PН=1/N                           (3.5)

Как было показано ранее, при этом условии реальная энтропия Нr равна максимальной энтропии Hmax, т.е.:

(3.6.)

В результате обучения возникают различия вероятностей разных реакций.

В соответствии с рассмотренными ранее свойствами функции реальная энтропия Hr уменьша­ется на величину  IS = Hmax  – Hr .

2.2. Группировка основ системного подхода и синергетики в эволюционную триаду

В культуре, в конкретных научных дисциплинах трехчастные динамические законы всегда можно интерпретировать в терминах креативной триады, например:

II закон Ньютона - Сила (Теос) будучи приложенной к Телу (масса тела -инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное изменение состояния движения тела - Ускорение (результат действия, Космос) . F / M = A

А вот как звучал основной закон динамики в античной физике Аристотеля: Сила (Теос) будучи приложенной к Телу (сопротивление Среды движущемуся телу - инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное изменение состояния движения тела - Скорость (результат действия, Космос). F / g = V

Мы видим, что законы просто идентичны структурно, но не содержательно. В обоих случаях сила выступает причиной изменения абсолютного состояния движения тел, но у Аристотеля это состояние - покой, а у Ньютона-- движение по инерции. Как мы сказали бы сегодня: Аристотель писал свой закон для незамкнутой диссипативной системы (не все силы отнесены к порождающей причине F, за кадром остались силы сопротивления среды), поэтому и абсолютное состояние движения у него - покой (в среде это так), и его закон, конечно приближенный, асимптотический, он есть первое воплощение синергетической идеи аттракторов - целей развития системы; вспомним мощный телеологический мотив всей философии Аристотеля.

Еще один пример из области квантовой физики. Фундаментальным постулатом квантовой теории является постулат наблюдаемости или измерения любой физической величины, это целый ритуал с очень жесткими правилами перевода не имеющих наглядной интерпретации свойств микромира на привычный язык макроявлений, при этом переводе многие экзотические черты микромира безвозвратно утрачиваются, да и сам изучаемый микрообъект настолько возмущен грубостью средств наблюдения, что может просто перестать существовать, дело в том, что средства наблюдения обязательно макроскопические, а объект то микроскопический. Представьте себе отбойный молоток вместо бор-машины в руках дантиста!