Теория систем и системный подход / Sistemniy podkhod v sovremennoy nauke 2004

объектов она оказывалась слишком упрощенной или даже чрезмер­ но грубой.

Для того чтобы подчеркнуть специфику современного подхода к исследованию феномена случайности как действительно сложного феномена, вводят модель, предполагающую различение по крайней мере двух видов случайности — массовой (в традиционном смысле) и индивидуальной (специфичной для биологических объектов, а так­ же и для квантово-механических систем).

Индивидуальная случайность трактуется иногда как внутренняя сложность системы. Важную методологическую роль при выделении внутренней сложности имеют исследования, базирующиеся на идеях Н.А. Бернштейна. После выдвинутой Бернштейном идеи о том, что у любого живого организма существуют планы его будущего поведе­ ния, стало ясно, что организм нельзя описать простыми схемами, включающими только его память (прошлое системы) и реакции на внешние стимулы (настоящее системы). Живая система (биологиче­ ский объект) всегда в какой-то мере обращена в будущее, при этом действует и обратная связь. А включение планирования будущего как важнейшего составного звена управления предполагает выделение соответствующей подсистемы.

Таким образом, на втором этапе освоения наукой сложности на примере исследования случайности первоначальный агностицизм и субъективизм уступают место реальной разработке эффективных средств изучения случайных процессов и массовых явлений, форми­ рованию специфичных вероятностно-статистических способов опи­ сания с качественно новыми модельными объектами, что вполне можно рассматривать как обновление методологической культуры. Уже на этом этапе обнаруживается междисциплинарность при иссле­ довании больших сложных (эволюционирующих) систем. Это нашло свое яркое выражение, например, в методе системного моделирова­ ния. Этот метод обеспечивает достаточно высокую степень предска­ зуемости при описании динамики таких систем, как биосфера, эко­ система и др. Однако часто возникает острая потребность в предска­ зании поведения других сложных объектов, объектов несколько ино­ го типа, таких, как погода, климат и т. д. Тем не менее ситуация, при которой новейшие физические теории, такие, как квантовая те­ ория поля, наряду с кибернетикой позволяющие описывать трансму­ тации элементарных объектов с участием квантовых полей как бес­ конечномерных физических систем, а также описывать эволюцию

Вселенной, — эта ситуация может рассматриваться как существен­ ная веха на пути освоения сложности и формирования новых спосо­ бов описания.

Подчеркивая значимость того, что в предметную область боль­ шинства современных научных отраслей все чаще входят сложные системные объекты и сложные процессы, ряд авторов расценивают такую ситуацию как дополнительное свидетельство неклассичности современной науки.

Третий этап освоения наукой феномена сложности прежде всего характеризуется отказом от приоритета простоты как регулятивного методологического принципа научного познания. Мир уже не пред­ стает исследователю простым, и простота перестает быть идеалом его описания. Например, по отношению к современному физическо­ му познанию известный физик-теоретик Я.Б. Зельдович (в отличие, например, от А. Эйнштейна) выражает позицию отхода от идеала простоты описания природы, вполне допуская, что новая единая фи­ зическая теория окажется сложнее нынешних, прежде всего вслед­ ствие использования более изощренных и хитроумных теоретических моделей пространства и времени.

Сказанное выше, однако, не означает, что простота исключается из списка научно-познавательных регулятивов. Простые объекты и простые же способы их описания по-прежнему остаются более предпочтительными, как правило, в новых областях и на начальных стадиях исследования. Однако теперь все чаще изучают простые объекты, но со сложным поведением, сложной динамикой (своеоб­ разная «сложность простоты»). В современной динамике была дока­ зана возможность случайного, хаотического поведения простых объ­ ектов (простых динамических систем). Уже здесь мы сталкиваемся с переориентацией научного дискурса на новые, нелинейные спосо­ бы описания, которые впервые сформировались еще в механике (в классической динамике).

Действительно, поистине прорывом в изучении феномена сложно­ сти явилось развитие в XX в. нелинейных способов описания. Это оп­ ределяет лицо рассматриваемого третьего этапа освоения наукой фе­ номена сложности. Здесь прежде всего следует отметить разработку весьма общей, но достаточно широко применимой теории, имеющей к тому же ярко выраженный междисциплинарный характер, — речь идет о теории динамических систем, или нелинейной динамике. Один из основателей современной теории динамических систем А. Пуанка­

ре на рубеже XIX-XX вв. подвергал тщательному математическому анализу качественно различные типы поведения систем, описывае­ мых взаимосвязанными нелинейными уравнениями. В этом плане ме­ ханика как наука о простых объектах обнаруживает в своей предмет­ ной области и в способах ее описания новые уровни, которые просты­ ми назвать уже нельзя. Однако в математике и естествознании все же остается заметной тенденция к простоте способов описания (сложное по разным соображениям стараются описывать попроще).

В современных трактовках динамики как общей теории механиче­ ского движения делается акцент именно на нелинейность, т. е. чаще имеют в виду нелинейную динамику. И вообще, в естествознании имеет место ориентация преимущественно на нелинейные способы описания, тем более если мы хотим описывать сложные эволюциони­ рующие объекты.

Предметом нелинейной динамики становятся, в частности, слож­ ные движения, не репрезентируемые традиционными динамически­ ми способами описания. Хорошо известными примерами здесь мо­ гут быть динамика нелинейных диссипативных систем, динамика странного аттрактора и т. п. В рамках нелинейной динамики, как уже отмечалось, было доказано существование ситуаций, в которых про­ стая, жестко-детерминированная система вследствие своей неустой­ чивости способна вести себя хаотично, сложно. Такие простые объ­ екты, но со сложным поведением, действительно требуют для своей теоретической репрезентации нелинейных способов описания. Это относится также и к таким с первого взгляда простым объектам, как солитоны.

Уже отмечалась связь сложности и организации. Однако на тре­ тьем этапе важен акцент не столько на организацию, сколько на са­ моорганизацию. При этом одной из особенностей обновления мето­ дологической культуры на третьем этапе является возникновение эф­ фективных средств научной репрезентации самоорганизации как об­ щего (или даже универсального) свойства сложных систем. Ранее уже упоминались первые теоретические модели самоорганизации Д. Неймана, относящиеся к техническим системам. Важно отметить, что тогда имелись в виду именно технические, а не природные сис­ темы. Теперь же, благодаря успехам новых отраслей динамики сис­ тем, кибернетики и развитию нелинейных способов описания, оказа­ лось возможным вскрыть внутренние механизмы самоорганизации. Мы теперь уже знаем, что самоорганизация характеризуется возник­

новением внутренне согласованного функционирования или коллек­ тивного движения в открытых системах за счет их внутренних связей

исо своеобразным учетом их предыдущей «истории».

Всвое время при изучении динамики самовоспроизводящихся ав­ томатов (как разновидности самоорганизующихся систем) Д. Нейман обнаружил уменьшение сложности при изменении качественной оп­ ределенности системы для линейного подхода к изучению динамики автоматов. Изучение феномена самоорганизации привело к измене­ нию традиционных представлений о динамике сложных систем, в том числе за счет освоения нелинейных способов описания. Тем самым

внаучный дискурс вводятся способы описания, позволяющие в науч­ но-теоретическом языке репрезентировать качественные преобразо­ вания объекта. Иными словами, нелинейные способы описания поз­ воляют в этом случае репрезентировать не только изменения коли­ чественных характеристик и параметров состояния рассматриваемо­ го объекта (при сохранении его структурной определенности и общей формы его траектории), но и изменения характера его динамики, на­ пример, так называемое «ветвление» траектории в точке бифурка­ ции и/или «выход» динамики объекта на аттрактор. В традиционном же плане самоорганизация происходит лишь в больших многоэле­ ментных системах, как правило, в системах иерархического строения

испособных к эволюции.

Идея эволюции, в том числе эволюции как направленной самоор­ ганизации, относится к числу наиболее продуктивных идей в науке XX в. К тому же эта идея носит теперь ярко выраженный трансдис­ циплинарный характер. Учитывая трансдисциплинарность современ­ ных трактовок эволюции, а также исключительную широту и общ­ ность современной концепции эволюционизма, отметим, что теперь «мы перестаем смотреть на явления, вещи или объекты, которые тре­ буются описывать такими, какими они есть. Вместо этого мы описы­ ваем явления в терминах того, какими они будут. ...Мы ищем про­ стейшую возможную схему, способную объяснить, как были порож­ дены факты», причем прогноз, это «будущее» мы стремимся описать количественно или по крайней мере эксплицитно18. Тем самым слож­ ность самоорганизующихся систем, определяемая через нелиней­ ность, вынуждает говорить не только о самоорганизации, но и об их эволюции.

В современных концепциях эволюции, в современном понимании эволюции как общенаучной и трансдисциплинарной идеи видное ме­

сто занимают понятия неустойчивости и неравновесности. В этом — одна из важнейших особенностей третьего этапа освоения наукой феномена сложности. Было показано, что системы, не обла­ дающие неустойчивостью, не могут эволюционировать. Теория же эволюции относится не ко всему разнообразию изменений и даже не ко всем видам направленных изменений, а к необратимым измене­ ниям. И в этом смысле эволюция рассматривается как сложный про­ цесс, и по-настоящему она осваивается наукой именно на третьем этапе, причем теперь уже не на традиционном уровне жестко-детер­ министичных законов физики. И. Пригожин писал по этому поводу следующее: «Детерминистические законы физики, некогда бывшие единственно приемлемыми законами, ныне предстают перед нами как чрезмерные упрощения, почти карикатурой на эволюцию»19. Сложность процесса эволюции обнаруживается в необходимости учета ее внутренних механизмов, если мы хотим описать этот про­ цесс в полном объеме.

Действие внутренних механизмов поведения сложной самоорга­ низующейся или даже эволюционирующей системы тесно связано с нелинейностью этой системы, нелинейностью ее природы и дина­ мики. Здесь существенную роль играют флуктуации. Их статус — как онтологический, так и методологический — радикально меняется по мере освоения наукой феномена сложности. Здесь также можно го­ ворить и об изменении методологической культуры. Рассмотрим хо­ тя бы вкратце эти изменения статуса флуктуации.

Долгое время флуктуации рассматривались как инородные образо­ вания; при описании физических объектов от них старались избавить­ ся. Теперь же с возникновением и развитием неравновесной термоди­ намики открытых систем было показано, что флуктуации играют суще­ ственную, конструктивную роль в динамике физических объектов; в оп­ ределенных ситуациях они даже ответственны за возникновение но­ вой качественной определенности рассматриваемого объекта.

В новом подходе к флуктуациям своеобразно сочетаются идея спонтанности и идея детерминистичности. Первая из них несет с со­ бой неопределенность и локальную непредсказуемость поведения системы; вторая же — эксплицитность, предсказуемость, достаточно строгую последовательность смены этапов динамики. Научные ис­ следования последних лет привели к следующей закономерности смены этапов динамики: спонтанные флуктуации -» образование структуры и усиление флуктуаций -» выход на устойчивый режим

и образование упорядоченной стабильной структуры (в процессе са­ моорганизации). Эта закономерность отражает определенный вари­ ант единства во многообразии на первый взгляд хаотичных движе­ ний, причем во многообразии проявлений случайного, сложного.

Действительно, за спонтанно возникающими флуктуациями сле­ дует своеобразный отклик, стремящийся вернуть систему в началь­ ное состояние. Флуктуация рассматривается как случайное явление,

вто время как отклик на нее происходит в соответствии с детерми­ нистскими законами, хотя и, возможно, статистическими (в контекс­ те вероятностно-статистических способов описания). Многочислен­ ными исследованиями случайных флуктуаций было установлено, что

вточке образования новой структуры флуктуации усиливаются, до­ стигая макроскопического уровня, и делают устойчивым новый ре­ жим, который представляет структуру, возникающую вслед за неус­ тойчивостью. Тем самым мы имеем здесь переходный процесс упо­ рядочивающегося взаимодействия компонентов сложной системы, приводящего к образованию устойчивых структур. Именно с образо­ ванием таких структур главным образом связаны процессы самоор­ ганизации. Все это может рассматриваться как еще один шаг науч­ ного дискурса на пути освоения наукой феномена сложности.

Отметим еще раз, что со спонтанно возникающими флуктуациями связывают эффекты неопределенности в динамике объекта и, в част­ ности, неопределенности в процессе его эволюции. Однако неопреде­ ленность в поведении объекта может возникать не только за счет спонтанности флуктуаций. Например, в случае микрообъекта это мо­ жет иметь место за счет его квантовой природы (это может иметь ме­ сто даже в нерелятивистской ситуации). Осознание в науке измене­ ния статуса флуктуаций формирует у многих исследователей убежде­ ние в фундаментальности статистического подхода и относительной самостоятельности вероятностно-статистических способов описания. Действительно, переменные, относящиеся к состоянию систем, кото­ рые описываются в рамках вероятностно-статистических методов, следует понимать в статистическом смысле. «Это означает, — пояс­ няют Г. Николис и И. Пригожин, — что такие переменные представля­ ют собой либо средние значения по мгновенным состояниям на длин­ ном временном интервале, либо, возможно, наиболее вероятные, ко­ торые могут приниматься этими переменными»20.

Тем не менее не следует абсолютизировать фундаментальность статистического подхода и относительную самостоятельность веро­

ятностно-статистических способов описания. На современном этапе освоения наукой случайности и сложности более адекватно говорить одополнительности жестко-детерминистских и вероятностно-статис­ тических способов описания. Это является в определенной мере от­ ражением ситуации, которую Г. Николис и И. Пригожин описывали следующим образом: «С классической точки зрения существует рез­ кое различие между возможностью и необходимостью, между стоха­ стическим и детерминистическим поведением; в действительности же наблюдается более тонкая ситуация. Существуют различные фор­ мы случайности, причем некоторые из них связаны с хаотическим по­ ведением решений простых детерминистических уравнений»21.

Отказ от прежде резкого противопоставления жестко-детерми­ нистских и вероятностно-статистических способов описания отража­ ет общую тенденцию современного научного мышления к повыше­ нию степени свободы мысли (прежде всего мысли теоретика), к ли­ берализации критериев рациональности. В частности, изменения втрактовке статуса флуктуации вместе с развитием нелинейных спо­ собов описания привели к изменениям и в понимании соотношения хаоса и порядка. В картине мира классической науки хаос и порядок различались весьма резко, были часто несовместимы друг с другом. Теперь же можно говорить даже о своеобразном взаимопереходе по­ рядка и хаоса. Как отмечал И. Пригожин, роль случайности измени­ лась теперь настолько, что она (случайность) стала ведущей детер­ минантой человеческого бытия22.

Как уже отмечалось, прогресс в освоении наукой сложности не ус­ траняет стремления исследователей к простоте описания, и в особен­ ности описания тех сложных объектов, которые ранее вообще были недоступны для научно-теоретического исследования. К таким объ­ ектам относится, например, климат. Еще не так давно динамика кли­ мата определялась чисто статистической (вероятностной) природой этого объекта (так сказать, внешним хаосом). Современные же ис­ следования нелинейных динамических моделей климата показали, что его динамика в основном определяется лишь четырьмя фунда­ ментальными параметрами, на которые «накладывается» действие в основном внутренней хаотичности климатического процесса. Ины­ ми словами, здесь оказывается, что сложность и стохастичность ди­ намики физического объекта — не столько внешняя (всего лишь че­ тыре фундаментальных параметра), сколько внутренняя, главным об­ разом вследствие флуктуаций и бифуркаций.

Другим примером в этом плане может служить достаточно про­ стой способ описания такого сложного явления, как электрическая активность мозга в глубоком сне так, как она фиксируется в электро­ энцефалограмме. Это явление можно достаточно эксплицитно репре­ зентировать посредством нового математического объекта — фрак­ тального аттрактора и описать как динамический процесс, включаю­ щий всего лишь пять фундаментальных переменных, на которые при­ мерно так же, как в случае с климатом, «накладывается» внутренняя сложность, хаотичность. Иными словами, мозг ведет себя как систе­ ма с внутренней сложностью и к тому же с локальной непредсказуе­ мостью. Последняя характеристика требует пояснений. Их мы сдела­ ем несколько позже, а сейчас отметим еще один момент, связанный с упрощением описания динамики объектов (вновь здесь имеет мес­ то простота сложного).

Такую процедуру довольно часто можно реализовать, например, через понижение числа степеней свободы нелинейной динамической системы, к которой, вообще говоря, можно отнести и уже упоминав­ шиеся климат и электрически активный мозг. Осуществляется это по­ нижение, с одной стороны, в окрестности точки бифуркации, а с дру­ гой — при «выходе» динамической системы в режим с аттрактором, причем обе стороны реализуются в ситуации фазового перехода. Ме­ тод понижения числа степеней свободы связан еще с одним методом, отражающим установку на простоту сложного, — с так называемым методом агрегирования (укрупнения) в имитационном моделирова­ нии сложных систем, например, в глобальном моделировании эколо­ гических систем.

В современной науке уже не абсолютизируют статус познаватель­ ного регулятива простоты. Например, в свое время известный совре­ менный философ науки М. Бунге не раз даже называл этот регулятив мифом. Теперь уже осознан утопизм прежней методологической установки, доминировавшей на первом и отчасти втором из отмечен­ ных здесь этапов, — установки на простоту, экономность описания

иобъяснения простых объектов.

Вэтом же контексте можно рассматривать и трактовки рациональ­ ности. Рассуждая несколько огрубленно, можно сказать в этой свя­ зи: разуму проще (легче, «экономнее») осваивать более простой объ­ ект. Здесь уместно напомнить знаменитые дискуссии второй полови­ ны XIX в. о статусе принципа экономии мышления. Если заменить ес­ тественный разум искусственным (например, в русле проблематики

искусственного интеллекта), то мы можем прийти к известному прин­ ципу экономии машинного времени, который имеет теперь важное практическое значение.

Видеть в стремлении к простоте рационалистскую установку не­ редко вынуждает нас опыт становления и развития классического ес­ тествознания. В методологической культуре традиционный образ на­ учности и рациональности знания складывался прежде всего по ме­ ре становления норм и идеалов классической науки. Как уже отме­ чалось, на первом этапе, в период господства лапласовского детер­ минизма с последним ассоциировалась также и рациональность, ставшая затем традиционной, классической. Рациональностью счи­ талась линейная упорядоченность, закономерность, системность ус­ тройства, строения мира (рассматриваемого все же как механизм, а не организм) и знания о нем. Долгое время доминировала ориента­ ция на идею простоты мироустройства и простоты, экономности спо­ собов его описания; под этим же углом зрения формировались и со­ ответствующие критерии рациональности (в том числе в соответст­ вии с аналитическим подходом, распространенными тогда версиями детерминизма и редукционизма). Отсюда, по-видимому, более при­ емлемо рассматривать нерациональное или иррациональное как бо­ лее сложное, чем рациональное (сложнее для скрупулезного и мето­ дичного разума, чем, например, для нерефлексирующей веры).

Вернемся, однако, к упомянутой выше локальной непредсказуемо­ сти. Термин «локальный» мы вводим для того, чтобы смягчить и при­ близить к реальности те часто поспешные истолкования нетрадицион­ ной ситуации в научном познании, которые (истолкования) вслед за ус­ пехами нелинейной динамики и неравновесной термодинамики откры­ тых систем ведут к отрицанию за наукой в качестве необходимой пред­ сказательной функции. Эти истолкования во многом коррелируют с со­ временными версиями антисциентизма (например, постмодернизма).

Начиная с эпохи Нового времени, со времени формирования прин­ ципов классической науки (лапласовский детерминизм, соответству­ ющие нормы и идеалы научного познания и адекватные им критерии рациональности), предсказательная функция науки рассматривается как одна из главных и существенных и — в том числе — отражающих рациональность научного познания. Лапласовский вездесущий Ум, при наличии необходимых начальных условий, не имеет, вообще го­ воря, ограничений своим предсказательным возможностям. Такое убеждение сохранилось в науке (в физике в том числе) вплоть до се­

редины XX в. «Лояльное отношение физиков к возможности прогно­ зирования макроскопических систем, — пишет специалист в этой об­ ласти, — существенно изменилось лишь после того, как были обна­ ружены явления типа динамического хаоса»23, т. е. после успехов но­ вой междисциплинарной (и даже общенаучной) отрасли— теории ди­ намических систем. Глубокие исследования в этой и смежных с ней областях привели науку к осознанию того факта, что во многих (ес­ ли не в большинстве) ситуациях существуют пределы предсказуемо­ сти поведения в них динамических систем (не случайно так был на­ зван недавно вышедший сборник24 по этим проблемам).

* *

Подводя итог проведенного анализа изменения методологической культуры в процессе освоения наукой феномена сложности, следует отметить, что выделенные здесь три этапа освоения отражают лишь некоторые, хотя, на наш взгляд, и важные составляющие этих изме­ нений. Отметим их кратко, увязывая изменение трактовки сложнос­ ти также с изменением трактовки случайности.

На первом этапе доминировали механистическая картина мира, линейные, жестко-детерминистские способы описания, аналитичес­ кий подход к объекту исследования; в приоритете были исследова­ ния «механизмов», а не «организмов»25. Традиционным на этом эта­ пе было в общем негативное отношение к сложности и случайнос­ ти — их неприятие естественнонаучным сообществом, даже их отвер­ жение. Определенную роль здесь сыграли как прежнее психологиче­ ское отторжение, так и неразвитость материальных (эксперименталь­ ных) средств исследования и математических способов описания сложных объектов.

На втором этапе отметим:

а) выдвижение и реализацию идеи усредненного описания ансам­ блей (больших, мнгоэлементных систем) и появление специфичных вероятностно-статистических способов описания наряду с ранее до­ минировавшими жестко-детерминистскими способами описания, что в конце концов ведет к осознанию многообразия, многоликости слу­ чайности, а тем самым и сложности;

б) исследования больших многокомпонентных систем, руководст­ вуясь идеей уровней и идеей иерархии;