Синергетика как теория самоорганизации

Теория самоорганизации (теория диссипативных структур) возникла
в естествознании и продолжает там успешно развиваться. Возникли
и оформились основные понятия, которыми она оперирует: самоорганизация, эволюция, порядок, неопределенность, хаос, случайность, равновесие, флуктуация, бифуркация и др. Но за тридцать лет существования синергетики эти понятия очень изменились в смысловом и содержательном отношении. Некоторые понятия расширяются по содержанию и становятся характеристиками таких свойств, как, например, самоорганизация, флуктуация, бифуркация. (Мы еще вернемся к этим терминам, когда будем рассматривать условия, при которых возникает способность к самоорганизации). Да и главное понятие синергетики — самоорганизация — применялось раньше по отношению только к живой природе. К самоорганизации, считает синергетика, способны при определенных условиях и объекты неживой природы. Другие понятия, попавшие в орбиту синергетики, раньше использовались философией, но теперь они наполняются новым содержанием. Требуется существенное обновление (если не полный пересмотр) некоторых понятий, учет новых содержательных моментов, привнесенных в них синергетикой. Это относится к таким терминам как эволюция, порядок. Можно сказать, что сама синергетика с уровня узкоспециальной теории перешла на уровень философско-методологического подхода.

Понятие «методология» буквально означает учение о методе (или методах). Нам представляется, что применительно к синергетике понятие «методология» можно рассматривать в двух аспектах.

Первый аспект связан с постановкой вопроса: что является методологией синергетики, или, иначе, какие общие, философские, принципы, теории, законы выступают теоретической основой (методологией) синергетики? Ответ на этот вопрос в самом общем виде таков: синергетика есть современное развитие диалектического метода. Диалектический метод выражается через принцип и учение о развитии, законы развития. Некоторые авторы подходят к синергетике еще шире, считая ее современным развитием рационализма. Такая широкая трактовка общей методологии синергетики приводит к тому, что в различных учебниках и учебных пособиях материал по синергетике размещается в разделах «Диалектика», «Движение
и развитие», «Развитие. Законы развития», «Рационализм и его современные формы», «Наука. Формы научной рациональности», «Методология современного научного знания».

Второй аспект употребления понятия «методология» предполагает методологическое значение самого синергетического подхода. На основании синергетического подхода представляется возможным создание теории решения (или, по крайней мере, возможности решения) ряда насущных научных и практических проблем. Некоторые авторы (например, Г. В. Дульнев в книге «Введение в синергетику»), на наш взгляд, с опережением называют синергетику теорией катастроф или наукой об универсальных законах эволюции в природе и обществе. Однако несомненно, что открытие самоорганизации как свойства объективной реальности имеет огромное философско-мировоззренческое значение. Возможности решения некоторых проблем с позиций синергетики рассмотрены в данной главе.

Мы уже отмечали, что способность к самоорганизации возникает в результате синергетического взаимодействия структурных элементов в определенных системах при определенных условиях. Следует определить,
что это за системы и что за условия.

Прежде всего, напомним определение системы. Термин «система» происходит от греческого «систем», что значит целое. В настоящее время термин система рассматривается как общенаучное понятие, хотя его, устоявшегося, канонического определения нет. В качестве рабочего будем использовать такое: «Система — это единое целое, состоящее из взаимосвязанных и взаимодействующих структурных элементов, обладающее свойствами, которых нет у структурных элементов по отдельности». Очень часто, давая определение системы, опускают самое главное — целостность, которая отнюдь не обеспечивается наличием структурных элементов. Конечно, без них нет системы, они — ее плоть, но элементы могут скомпоноваться, скомбинироваться так, что получится единое целое,
при этом каждый раз, в каждой новой комбинации будет возникать новое целое, новая система. Любая система характеризуется структурой и организацией. Структура — составляющие элементы, организация — способ
их связи.

В современной науке чрезвычайно распространен системный подход. Системный подход нацелен на выявление и изучение целостности объекта как системы. Системный подход опирается на ряд основных правил. Важнейшими являются следующие: изучение поведения системы как целого; анализ того, как поведение системы зависит от поведения каждого элемента; анализ того, как поведение системы зависит от взаимосвязи элементов; изучение иерархичности, присущей данной системе; изучение поведения системы в динамике, когда система рассматривается как развивающаяся целостность. Такой анализ прежде всего позволит выявить тип системы («тип» и «вид» употребляются как слова-синонимы).

С точки зрения их типологии системы весьма многообразны: материальные и идеальные (духовные), неорганические и органические, неживые и живые, биологические и социальные, простые и сложные, линейные
и нелинейные, закрытые и открытые, изолированные и неизолированные, статичные и динамические, равновесные и неравновесные. Определим отличительные признаки таких систем, сущность которых не ясна из названия. Это необходимо сделать, так как синергетика имеет дело не со всякой системой; определение поможет понять, какие системы являются объектом изучения для синергетики, а какие — нет.

Начнем с пары «простые — сложные» системы. Простые системы состоят из относительно небольшого числа «участников» (структурных элементов), их влиянием на движение системы в силу его незначительности можно пренебречь. Так, при изучении движения твердых тел в классической физике можно пренебречь влиянием составных частей на тело в целом, рассматривая его как точку. Можно пренебречь влиянием других тел на изучаемое, изучая его движение изолированно, как будто других движущихся тел нет. Основываясь на этих допущениях, выведены законы механики. Заметим, что их абсолютизация привела к механицизму и к победе метафизического метода в целом. Сложные системы включают много структурных элементов; их влиянием на движение системы уже нельзя пренебречь (например, термодинамические процессы, движение (жидкостей, газов).

Дадим определение пары «линейные-нелинейные» системы. Линейные системы описываются средствами линейной математики, уравнения которой в графическом изображении представляют прямые линии. Поведение линейных систем предсказуемо, однозначно детерминировано. Соответственно нелинейными называются такие системы, описать поведение которых можно только с помощью нелинейной математики, графическое изображение ее уравнений — сложные кривые. Поведение нелинейных систем неоднозначно, вероятностно, непредсказуемо.

Рассмотрим признаки закрытых, изолированных и открытых, неизолированных систем. Главное отличие между ними в том, что открытая, неизолированная система обменивается с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Эти процессы обмена идут постоянно, их наличие является условием существования открытой системы. Она «черпает»
из окружающей среды что-либо из названного (вещество, энергию, информацию), организуя таким способом порядок в себе из окружающей среды, а в окружающую среду внося, соответственно, беспорядок. Следовательно, она в принципе не может быть равновесной. Можно сказать,
что открытая система — это система динамическая, постоянно находящаяся в движении. Динамизм приводит к противоречивому единству порядка
и беспорядка.

Синергетическое взаимодействие возможно в системах сложных, открытых, нелинейных, динамических. Поведение таких систем характеризуется неопределенностью, непредсказуемостью, хаотичностью, лавинообразностью. Важной характеристикой таких систем является самоорганизация: у таких систем при определенных условиях могут образовываться новые пространственно-временные структуры, они становятся способными
к самонахождению оптимальных вариантов своего поведения, способны
к самосовершенствованию.

Для современной науки характерен ряд принципиальных новаций, который известный методолог науки В. П. Кохановский называет концептуально-методологическими сдвигами (Кохановский В. П. Философия и методология науки). Важнейшей особенностью современного этапа науки,
по его мнению, является то, что ее объектом (в том числе и естествознания) становятся «человекоразмерные» системы: медико-биологические объекты, объекты экологии, глобальной экологии, объекты биотехнологии. Все это — сложные, открытые, характеризующиеся неоднозначностью системы. Социальные системы — это тоже системы нелинейные, в них велик фактор неустойчивости, колебаний, случайности. Да и в природе
(и живой, и неживой) открытые системы более распространены, чем закрытые, изолированные. К этому выводу приходит Т. Я. Дубнищева на основе анализа огромного фактического материала в учебнике «Концепции современного естествознания».

В классическом естествознании внимание уделялось понятиям и законам, характеризующим замкнутые системы и линейные соотношения. Когда же классическое естествознание встречалось с открытыми системами, оно поступало двояким образом. Данное явление могло просто фиксироваться как факт, и его возникновение объявлялось чистой случайностью (например, возникновение жизни на Земле, появление человека).
Отсюда — масса гипотез (версий) по поводу возникновения этих явлений; ни одна из них не может быть признана теорией, хотя некоторые такой статус имеют. Но чаще использовался другой подход: поведение открытой системы ученые пытаются объяснить старым способом, т. е. занимаются упрощением. Это приводит к несоответствиям, к искажениям сути
явления.

Изменение характера объекта исследования в современной, постнеклассической науке требует изменения подходов и методов исследования. Современная наука перешла к исследованию открытых, сложных, нелинейных систем, взяв на вооружение синергетический подход. Современной науке приходится уходить от простоты, очевидной предсказуемости. Показательно, что один из авторов концепции «современного эволюционизма», известный математик и методолог науки Н. Н. Моисеев, говоря об изучении объектов современной науки, назвал свою книгу «Расставанием с простотой».

В открытых системах для возникновения самоорганизации велика роль коллективного поведения подсистем, образующих систему. Это и подчеркнул Г. Хакен, вводя термин «синергетика» и назвав так новую теорию.

Самоорганизация, по Г. Хакену, — это спонтанное образование высокоупорядоченных структур из «зародышей» или даже из хаоса, беспорядка, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного кооперативного действия многих подсистем. Таким образом, можно сказать, что важнейшим условием возникновения самоорганизации является синергетическое взаимодействие подсистем. Теперь требуется уточнение — когда и как осуществляется это коллективное взаимодействие. При изучении открытых систем широко используются понятия «флуктуация» (отклонение) и «бифуркация» (разветвление).
Через понятие флуктуация описывается свойство открытой системы находиться в состоянии «дрожащего», «текущего» равновесия за счет флуктуаций вокруг среды; система колеблется, отклоняется, флуктуирует.
Это «дрожание» в определенных точках, называемых бифуркациями
(точками разветвлений), дает сбой, и в этих точках система способна
к самоорганизации.

Итак, самоорганизация — это главное свойство нелинейных систем, приобретаемое ими за счет совместного, кооперативного, одновременного взаимодействия подсистем (синергетического взаимодействия). На основе самоорганизации система сама может выбрать путь оптимального развития, может активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающем наиболее успешное функционирование системы.

В заключение этой части статьи попробуем перечислить основные идеи синергетики.

1. Синергетика как отрасль современной науки имеет дело с очень сложно организованными системами разных уровней организации.

2. Каждая такая система предстает как «эволюционное целое». Целое предполагает связь и взаимодействие составляющих его частей, но оно не сводимо к сумме свойств отдельных элементов; оно качественно
другое.

3. Для сложноорганизованных целостных систем характерна не единственность, а множественность путей развития (многовариантность, альтернативность).

4. В сложноорганизованных системах возможно возникновение самоорганизации. За счет самоорганизации система сможет сама выбрать оптимальный вариант своего развития.

5. Сложные системы характеризуются флуктуациями в точках бифуркации. Такие системы в этих точках как бы «колеблются» перед выбором одного из нескольких путей дальнейшего развития. Даже небольшое отклонение (флуктуация) может привести к резкому и существенному изменению поведения всей системы (эффект камнепада, снежной лавины).

6. Любые природные, а тем более социальные процессы имеют стохастическую (случайную, вероятностную) составляющую и протекают в условиях той или иной степени неопределенности. Сложные системы одновременно и определенны, и неопределенны, упорядочены и беспорядочны.

7. Синергетика рассматривает хаос (беспорядок) как сторону нового единства «порядок-беспорядок». Хаос может выступать как созидающее начало в механизме эволюции.