Вопрос 11. Синергетика и системно-эволюционная парадигма развития

Синергетика (от др.-греч. – содействие, сотрудничество) как современная теория самоорганизации разработана бельгийским философом И. Пригожиным. Она основана на общем свойстве всех самоструктурирующихся систем – согласованности действий их элементов. Синергетика – это наука, исследующая на основе междисциплинарного подхода общие принципы самоорганизации и кооперативных действий многих элементов сложных систем. Ее предметом выступают процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения разнообразных структур живой и неживой материи. Она является не только инструментарием построения единой общенаучной картины мира, но и теорией самоорганизации, методологией исследования нелинейных процессов, открытых саморазвивающихся систем, состоящих из большого количества частей, взаимодействующих между собой. Ее специфическая особенность состоит в том, что основное внимание она уделяет когерентному, согласованному состоянию процессов самоорганизации в системах различной природы. Сам термин «синергетика» подчеркивает согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.

До сих пор не утихают споры о статусе этого знания. Что это: научная теория? Какая именно: физическая, химическая, биологическая? Высказывается мнение, что синергетика – мировоззрение или «особым образом мировоззренчески нагруженное знание». В то же время синергетику с самого начала справедливо отнесли в разряд междисциплинарного знания, подобно ранее возникшим междисциплинарным отраслям: информатике, кибернетике, общей теории систем (ОТС). Но в синергетике речь идет уже не о системах как таковых, а о процессе структурирования, т.е., синергетика изучает системы не в статике, а в динамике. Принимая эстафету у кибернетики, объектом которой выступали лишь искусственные и живые системы, синергетика выявляет процессы самоорганизации и в неживой природе. Для обоснования принципа глобального эволюционизма это имеет чрезвычайно важное значение. С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда и позиционируют как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций.

Синергетика формируется на основе исследований в области термодинамики неравновесных процессов, вводящей в структуру научного знания “стрелу времени” (И. Пригожин). Синергетика – наука, в которой исследуется совместное действие многих подсистем самой различной природы (в том числе и человек), процессы их самоорганизации, в результате которых возникают новые структуры с соответствующими функциями. Основные понятия синергетики – "порядок", "хаос", "нелинейность", "неопределенность", "бифуркация", "нестабильность" и др. Синергетические понятия тесно связаны и переплетаются с философскими категориями "бытие", "развитие", "становление", "время", "целое", "случайность", "возможность" и др.

Важнейшие характеристики самоорганизующихся систем: нелинейность, необратимость, неповторимость, наличие большого числа подсистем, открытость. Фундаментальность проявлений этих характеристик в различных областях, а также необратимость в области элементарных частиц приводят к революционным концептуальным изменениям в представлениях о мире и человеке в этом мире. Открытый характер большинства систем, наличие большого числа подсистем в их структуре приводит к флуктуациям, т.е. случайным отклонениям величин, характеризующих системы, от их среднего значения. Иногда отдельные флуктуации или их комбинации могут быть настолько сильными, что существующая прежде структура не выдерживает и разрушается. В такие переломные моменты (бифуркации) принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие, в какое состояние перейдет система, какой из вариантов она “выберет”.

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа. Напротив, они развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные. Этот феномен трактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного — к сложносоставному и более совершенному.

Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом. Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции. Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия сколь угодно сложная система обладает максимальной энтропией и не способна к какой-либо самоорганизации. В положении, близком к равновесию и без достаточного притока энергии извне, любая система со временем ещё более приблизится к равновесию и перестанет изменять своё состояние.

Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются в динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, флуктуации со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка. В результате через относительно кратковременное хаотическое состояние системы они приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка.

Самоорганизация, имеющая своим исходом образование через этап хаоса нового порядка или новых структур, может произойти лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих флуктуаций. Недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации ни, тем более, к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.

Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями. Функционирование динамически стабильных, неэволюционирующих, но адаптивных систем — а это и гомеостаз в живых организмах и автоматические устройства — основывается на получении обратных сигналов от рецепторов или датчиков относительно положения системы и последующей корректировки этого положения к исходному состоянию исполнительными механизмами. В самоорганизующейся, эволюционирующей системе возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются вследствие общей положительной реактивности системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы (таковы, к примеру, механизмы фазовых переходов вещества или образования новых социальных формаций). Анализ функционирования самоорганизующихся систем позволяет сделать в рамках синергетики следующие выводы:

• движение от прошлого к будущему (“стрела времени”) совершается через проявление случайностей и переход от неустойчивости к устойчивости – “порядку”;

• детерминизм в неравновесных системах имеет место лишь в отдельных случаях;

• в состояниях, когда прежний порядок и основанная на них структура достаточно “расшатаны” и система далека от равновесия, даже очень слабые флуктуации, т.е. случайные отклонения или возмущения, могут усиливаться от слабой до сильной и мощной волны, способной разрушить старую сложившуюся структуру;

• осмысление последствий даже слабого вмешательства человека в характер развития многих природных (например, экологических) и социальных процессов в соответствии с принципами функционирования самоорганизующихся систем приводит к необходимости всестороннего “проигрывания” возможных вариантов развития сложных систем и причин их неустойчивости;

• необходим анализ возникающих вопросов и возможных вариантов ответов на них при исследовании неравновесных систем: что произойдет, если..? какой ценой будет установлен порядок из хаоса? какие последствия вызовет такое слабое “воздействие” на систему, как..? какова значимость того, что погибнет и что возникнет, если..? – такого рода вопросы свидетельствуют о необходимости отказа от позиции беспрекословной “манипуляции” и жесткого контроля над изучаемыми системами – и природными, и социальными;

• случайность и “свобода выбора” являются неотъемлемыми спутниками сложных объектов, как бы «скрепляющими» их структуру.

В результате происходящих спонтанных изменений и отношений (флуктуаций) существующие связи между элементами материи как системы изменяются, а также появляются новые связи — материя приобретает новое состояние, так называемую «диссипативную структуру», которая отличается неустойчивостью. Дальнейшее развитие возможно по двум вариантам: 1) диссипативная структура укрепляется и окончательно превращается в новый вид материи, но только при условии энтропии — притока энергии из внешней среды — и затем развивается по динамическому типу; 2) диссипативная структура распадается и гибнет – либо в результате внутренней слабости, неестественности, непрочности новых связей, либо из-за отсутствия энтропии.

Таким образом, основная область явлений, находящаяся в поле внимания синергетики, – диссипативные структуры – открытые нелинейные системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия, которое в биологии называют состоянием гомеостазиса, за счет постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Важнейшая характеристика диссипативных систем – открытость. Это свойство является необходимым признаком всех развивающихся систем. Обмен веществом и энергией осуществляют не только биологические, но и геологические и астрономические системы.

Для живых организмов обмен веществ – это способ существования. Благодаря открытости биологических систем в них происходит увеличение упорядоченности: живые организмы «концентрируют на себе поток порядка», «пьют упорядоченность» (Э. Шредингер). Какую же роль играет открытость как общее, универсальное свойство неживых систем, насколько оно необходимо? Ответа на этот вопрос не было до 70-х гг. ХХ ст., сам подход к поиску общего начала между живым и неживым казался странным. В современной науке благодаря синергетике стало возможно решение этой проблемы.

Брюссельской школой И. Пригожина было показано, что в равновесных состояниях или в состояниях, близких к равновесию, развитие системы невозможно. Удаляясь от равновесия, термодинамические системы приобретают принципиально новые свойства и начинают подчиняться особым законам. Такие системы несут в себе «стрелу времени» и являются источником порядка, порождая высокие уровни организации. Эвристическую ценность имеют идеи о том, что «стрела времени» проявляется в сочетании со случайностью, когда случайные процессы могут породить переход от одного уровня самоорганизации к другому, радикальным образом изменяя систему.

Таким образом, можно сформулировать основные положения синергетики.

Природа иерархически структурирована в нескольких видах открытых нелинейных систем разных уровней организации: динамически стабильные, адаптивные и наиболее сложные — эволюционирующие системы.

Связь между ними осуществляется через хаотическое, неравновесное состояние систем соседствующих уровней.

Неравновесность является необходимым условием развития – появления новой организации, нового порядка, новых систем.

При объединении нелинейных динамических систем новое образование не равно сумме частей, а образует систему другой организации или систему иного уровня.

Общим для всех эволюционирующих систем являются: неравновесность, спонтанное образование новых микроскопических (локальных) образований, изменения на макроскопическом (системном) уровне, возникновение новых свойств системы, этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы.

При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все развивающиеся системы ведут себя одинаково: для описания всего многообразия их эволюций пригоден обобщённый математический аппарат.

Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией и веществом с внешней средой, за счёт чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации.

В сильно неравновесных состояниях системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии.

В неравновесных условиях относительная независимость элементов системы уступает место корпоративному поведению элементов: вблизи равновесия элемент взаимодействует только с соседними, вдали от равновесия — «видит» всю систему целиком, и согласованность поведения элементов возрастает.

В состояниях, далеких от равновесия, начинают действовать бифуркационные механизмы — кратковременные точки раздвоения (бифуркации) провоцируют переход к тому или иному относительно долговременному режиму системы — аттрактору. Заранее невозможно предсказать, какой из возможных аттракторов займёт система.

В упрощенном варианте можно сформулировать 7 основных принципов синергетики.

1. Принцип гомеостатичности, который характеризует стабильное существование всех сложных саморегулирующихся систем. Принцип заключается в поддержании существенно важных для сохранения системы параметров в допустимых пределах через абсорбирование возмущений среды, а также в противодействии поступающей из нее информации, нарушающей устойчивость основных элементов организма. Цель-программу поведения системы в состоянии гомеостаза в синергетике называют аттрактор (притягиватель). Аттракторы существуют только в открытых диссипативных системах, т.е. рассеивающих энергию, вещество, информацию и описывают финальное поведение системы, которое обычно намного проще переходного процесса.

2. Принцип самодегерминации системы связан с взаимодействием ее различных сторон, воспроизводящим условия становления, «самонастройки» и саморазвертывания системы, причем для элементов целостной системы более существенными являются внутренние связи, чем внешние.

3. Принцип иерархичности системы предполагает определенную уровневую организацию ее внутренней структуры. Каждый из уровней, составляющих органическую целостность, является необходимым условием для существования и, в определенной степени, развития последующего. Основным смыслом структурной иерархии, является составная природа вышестоящих уровней по отношению к нижестоящим. То, что для низшего уровня есть структура-порядок, для высшего есть бесструктурный элемент хаоса, строительный материал. Космос предыдущей структуры служит Хаосом последующей, то есть: нуклоны образованы кварками, ядра – нуклонами, атомы ‑ ядрами и электронами, молекулы – атомами, общество – людьми. Существуют и не материальные иерархии: в языке – слова, фразы, тексты; в мире идей – мнения, взгляды, идеологии, парадигмы и т.д.

Это так называемые принципы стабильности. Однако в процессе самоорганизации система эволюционирует так, что в ней постепенно возникают очаги целенаправленного развития. К принципам становления, характеризующим фазу трансформации, изменчивости, альтернативности сценариев развития систем, относятся:

4. Принцип нелинейности, в основе которого лежит не только подобие, но и отклонение от него, образование неоднородностей в сплошной гомогенной массе. И чем больше отклонение от равновесия, тем быстрее идет процесс системного изменения. Направление развития системы выступает не в форме однозначно и определенно направленного вектора по типу жестких причинно-следственных зависимостей, а как результат пересечения различных событийных потоков, усиливающих друг друга, изменяющих или сохраняющих определенные тенденции в бытии системной организации.

5. Принцип открытости (незамкнутости) системы, который позволяет рассматривать ее как эволюционирующую по законам синергетики. Самоорганизация и целостность системы предполагает ее принципиальную открытость миру, отсутствие между ними непроницаемых границ. Открытые системы готовы воспринять разные модели деятельности и пути развития. На языке иерархических уровней принцип открытости подчеркивает два важных обстоятельства. Во-первых, это возможность явлений самоорганизации бытия в форме существования стабильных неравновесных структур макроуровня. Во-вторых, возможность самоорганизации становления, т.е. возможность смены типа неравновесной структуры, типа аттрактора (открытость макроуровня к мегауровню меняющихся управляющих параметров системы).

6. Принцип неустойчивости системы долгое время считался недостатком системы. В синергетике неустойчивость трактуется как одно из условий и предпосылок стабильности и динамичности развития, а созидающий потенциал хаоса становится важнейшим фактором для конструирования новых организационных форм системы. Состояния неустойчивости, выбора принято называть точками бифуркаций, они обязательны в любой ситуации рождения нового качества и характеризуют рубеж между новым и старым.

7. Принцип наблюдаемости, согласно которому научная теория должна иметь эмпирическое обоснование и к ней необходимо применять операциональные величины и понятия, которые допускают опытную проверку. Принцип подчеркивает относительность человеческих представлений о системе. Это связано с непредсказуемостью изменений нелинейных процессов, с неконтролируемостью взаимодействия средств наблюдения с системой, что значительно ограничивает роль наблюдателя этих процессов в его возможности влиять на поведение синергетических систем.

Таким образом, благодаря синергетике был осуществлен переход от неэволюционной парадигмы классической физики, где время имело обратимый характер и рассматривалось как несущественный момент, к обоснованию принципа глобального эволюционизма, признающего единство и изменчивость во времени как живого, так и неживого материального мира. Именно это позволило И. Пригожину рассматривать современное состояние науки как переходное, отмеченное стиранием жесткой грани между живым и неживым, введением в физику и химию элемента истории.

Синергетика предполагает создание общей концепции, основанной на аналогиях между процессами различной природы: например, использование принципов организации экологических сообществ для поддержания устойчивости человеческих сообществ. Это совершенно новая концепция, прокладывающая путь к построению единой теории самоорганизации в сложных системах на основе принципа глобального эволюционизма и разработке системно-эволюционной парадигмы развития.

Системно-эволюционная парадигма развития исходит из принципов, разработанных акад. Н.Н. Моисеевым.

1. Принцип эволюции, согласно которому эволюция систем носит направленный характер: развитие идет по пути усложнения систем, роста их разнообразия и уменьшения стабильности.

2. Принцип системности, рассматривающий Вселенную как единую саморазвивающуюся систему.

3. Принцип флуктуации, выступающей всеобщей формой внутренних изменений, на основе которых происходит самоорганизация; флуктуация — постоянно присущие материи случайные колебания и отклонения.

4. Принцип избирательности: из возможных вариантов развития система избирает наиболее реальные.

5. Принцип самоорганизации – способность системы к созданию, совершенствованию, воспроизводству самой себя без участия внешних сил.

Вопросы и упражнения

1. Какие основные проблемы, стоящие перед человечеством, относятся к глобальным и почему?

2. "Человечество стоит перед альтернативой, никогда раньше не возникавшей в истории: или от войны следует отказаться, или мы должны ожидать уничтожения человеческого рода" (Б. Рассел). Остается ли проблема войны и мира глобальной проблемой сегодня? Возможно ли ее разрешение?

3. Одна из глобальных проблем современности, способствующих сохранению и прогрессу человечества, считает А. Печчеи, – утверждение Нового Гуманизма, включающего в себя "чувство глобальности, любовь к справедливости и нетерпимость к насилию". Насколько эти качества характерны для человеческого сообщества? Возможна ли их реализация?

4. Многие философы считают глобальной проблемой современности "жизненную дезориентацию" (Ортега-и-Гассет), выражающуюся в том, что все ценности стали шаткими, размытыми, а жизнь индивида приобрела зыбкую неопределенность. В этих условиях человек "не знает больше, по каким звездам жить". Является ли "жизненная дезориентация" глобальной проблемой для Вас и Вашего поколения? В чем это проявляется?

5. Некоторые авторы относят к глобальным проблемам современности проблему образования. Как Вы считаете, почему? И какие именно аспекты образования Вы назвали бы в качестве глобальных?