Синергетика

Синергетика - научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом, энергией и информацией с окружающей средой в неравновесных условиях. В таких системах наблюдается согласованное поведение элементов и подсистем, в результате чего возрастает степень их организованности, упорядоченности (так называемая самоорганизация), в процессе которой, с позиций термодинамики, уменьшается энтропия. Основа синергетики – теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн, термодинамика неравновесных процессов.

Синергетика рассматривает общие закономерности становления и развития (эволюции) сложных систем. Она сформулировала принцип самодвижения в неживой природе, принцип создания сложных систем из простых, ввела принцип случайности (нелинейности) событий в макромире. С точки зрения синергетики энергия и информация - созидатели новых структур; энтропия - количество связанной энергии, которую имеет вещество. Данное научное направление изучает системы, состоящие из многих подсистем самой различной природы. Взаимодействие таких подсистем приводит к возникновению пространственных, временных, пространственно временных структур в макромире.

Изучая эти процессы, синергетика как научная дисциплина опирается на понятия «порядок - беспорядок» и «устойчивость – неустойчивость», «равновесная структура - неравновесная структура».

При этом неравновесные структуры характеризуются следующими особенностями:

1. система реагирует на внешние условия;

2. поведение системы случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от ее предыстории;

3. приток энергии создает в системах порядок, следовательно, ее энтропия уменьшается;

4. имеет место наличие бифуркации - нелинейной динамики (переломного, критического момента) в развитии системы;

5. когерентность взаимодействия частей целого: система ведет себя, как единое целое и как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил. Силы молекулярного взаимодействия короткодействующие, но система структурируется так, будто каждая молекула знает о состоянии системы в целом.

Синергетика изучает в основном неравновесные состояния и, основываясь на этом, делает выводы относительно характера эволюции систем в природе, от хаоса к порядку. Формирование новой структуры в открытой системе происходит, когда имеются флуктуации, которые выводят систему из стационарного состояния. Чем больше сложность системы, тем более многочисленны флуктуации, которые постоянно нарушают ее устойчивость. Однако в сложных системах существуют прочные связи между частями целого. Устойчивость, которая обеспечивается связью между частями, и неустойчивость, возникающая из-за флуктуации, компенсируют друг друга. От исхода этой борьбы зависит, будет ли преодолен предел устойчивости системы. Когда система преодолевает предел устойчивости, она попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В этой точке система может перейти в новое стационарное (устойчивое) состояние, например, состояние, в котором возможен процесс образования нового вещества. Существует несколько путей эволюции, и система как бы колеблется перед выбором одного из них. Такие колебания являются неравномерными (квазипериодическими). Данная неравномерность обусловлена наличием в сложных системах феномена странного (хаотического) аттрактора, некоего «магнита», который «притягивает» систему к той или иной траектории эволюции системы⁴⁶.

Именно поэтому в синергетике основное внимание уделяется изучению нелинейных процессов в открытых системах, множеству вариантов развития которых соответствует множество путей эволюции системы. В данной нелинейной среде возможен лишь определенный набор этих путей, «притягивающих» (аттракторных) состояний, которые выражают собой структуру фазового пространства системы. Если параметры системы достигают критических значений, то система попадает в состояние неравновесности и неустойчивости, из которого она неминуемо, вследствие сколь угодно малого возмущения, «скатывается» в область притяжения другого аттрактора. Развитие через неустойчивость и последующее разветвление (бифуркацию) - это реальный феномен, с которым приходится считаться. Следует учитывать, что управление такими сложными социальными и социотехническими системами не всегда уместно базировать на линейной экстраполяции настоящего ее состояния в будущее, так как ни одна система не застрахована от случайностей, неравновесностей, нелинейностей, чреватых для нее синергетическими преобразованиями. Складываются новые структуры, что в свою очередь приводит к возникновению новых системных характеристик. А это означает, что радикально изменилось качество исходной системы, что исключалось в сценарии линейной экстраполяции настоящего в будущее. В природе большинство объектов, явлений и процессов являются сложными открытыми самоорганизующимися системами, которые постоянно флуктуируют. Иногда в одной из точек бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация (целостность) системы может разрушиться, тогда невозможно предсказать, будет ли неустойчивость ее состояния возрастать и это ввергнет ее элементы в хаос, или система перейдет на более высокий уровень упорядоченности.

Таким образом, эволюция мира как сверхсложной системы не запрограммирована однозначно (линейно) и всегда существуют вероятности того или иного исхода⁴⁷. Данное обстоятельство необходимо особо учитывать в вопросах взаимодействия человека с природой. На разных этапах человеческой эволюции процесс антропогенеза шел на основе небольших популяций, деятельность которых не влияла сколько-нибудь существенно на состояние природы. Дальнейшее развитие био- и социогенеза человека привело к качественно новому положению. Человек, быстро размножаясь, становится активнейшим фактором биосферы, в частности, как показал в 60-х гг. наш отечественный почвовед В.А.Ковда, именно человечество является основным загрязнителем биосферы (термин "биосфера" введен австрийцем Э. Зюссом в 1875 г.). Еще в начале XX в. В.И. Вернадский неоднократно отмечал, что «…человечество превращается в основную геологообразующую силу планеты». Приняв за основу установленную В.И. Вернадским биогеохимическую основу биосферы, французы Е. Ле-Руа и Т. де Шарден ввели термин ноосфера. Слово ноосфера составлено из греческого «ноос» — разум и «сфера» в смысле оболочки Земли. В.И. Вернадский рассматривал ноосферу как последнее состояние биосферы, достигнутое ею вследствие возрастания активности человека⁴⁸. Творя свою историю, человек создает себе новые проблемы, часть из которых награждают эпитетом «глобальные» в силу их неразрешимости прежними методами. В данных условиях гармонизация систем с окружающей средой становится для человечества задачей первостепенной важности. В отличие от социальных и социотехнических систем, созданных человеком, биологические системы от начала зарождения жизни на земле являются частью единой гармонии мироздания. При этом человечество как биосистема может существовать в рамках достаточно узкого диапазона параметров биологической среды его обитания. Ускоренное (несбалансированное) развитие социотехнических систем без их гармонизации с окружающей средой сопровождается понижением уровня устойчивости функционирования биологических и социальных систем. Речь идет не только об обеспечении общества необходимыми материальными и энергетическими ресурсами, выходе из состояния экологического кризиса, регулировании численности населения, недопущении войн с применением оружия массового уничтожения, но в большей мере о совместной эволюции (коэволюции) современной цивилизации и окружающей среды с целью предупреждения глобальных катастроф и их дальнейшего поступательного развития⁴⁹.