12. Синергетический подход в современном познании

Тезисно:

1. Томас Кун и парадигматическая концепция развития познания.

2. Подходы в современной методологической парадигме.

1. философский

2. статистический (математический)

3. системный

• структурно-функциональный

• кибернетический

• синергетический

3. Синергетический подход.

1. В 1962 г. Томасом Куном была предложена парадигмальная концепция развития научного познания, включающая понятие «научные революции». Согласно этой концепции, развитие науки определяется сообществами ученых. Решения в таком сообществе соответствуют методологическим концепциям - парадигмам, которым следуют и которыми руководствуются все члены данного научного сообщества. Отказ отданной совокупности парадигм возникает не тогда, когда обнаруживается несоответствие накопившихся фактов фундаментальным концепциям, принятых данным сообществом, а тогда, когда используемые в нем парадигмы обнаруживают свою неэффективность, когда все меньше и меньше новых результатов можно получить с их помощью, когда растет число тупиковых ситуаций, в которых старые парадигмы оказываются бесполезными. Именно в этот момент наступает научная революция, состоящая в том, что старые парадигмы отбрасываются и заменяются новыми.

Суть этой концепции в том, что решающее значение для научного познания имеют не внешние факторы, а отношения внутри научного сообщества.

NB Томас Сэмюэл Кун (англ. Thomas Samuel Kuhn; 18 июля 1922, Цинциннати, Огайо — 17 июня 1996, Кембридж, Массачусетс) — американский историк и философ науки.

2.

1. Философский

Философский подход развивался на протяжении всей истории человечества, философия аккумулировала громадный объем информации, она придала этой информации такую форму, благодаря которой поиск нового может обойтись без использования классического метода проб и ошибок (метод проб и ошибок - метод действий, основанный на последовательных приближениях к результату: пробуешь - ошибаешься, еще раз пробуешь, учитывая предыдущую ошибку, и т.д.). Поскольку философские категории являются предельно общими, то и философский подход обладает предельной общностью.

2. Статистический (математический)

Статистический подход в познании - математический подход, применяемый для анализа массовых явлений с помощью численных методов, разработанных в теории вероятностей.

При статистическом подходе используются такие общенаучные понятия, как средняя величина, функция распределения, отклонение от средней величины, статистический вес, статистическая оценка и т.п.

3. Системный

Системный подход в познании - представление объекта познания системой элементов и дальнейшее рассмотрение их внутренних и внешних связей, обеспечивающих его целостность.

Редкая научная работа обходится без употребления понятий «системный анализ», «системный подход», «общая теория систем» и т.д. Возрастающий интерес к этому виду исследований далеко не случаен, он объясняется возникшей потребностью теории и практики в переходе от познания отдельных сторон или свойств объектов и явлений к изучению их интегральных характеристик.

В рамках системного подхода развит ряд специфических направлений, например, таких как структурно-функциональный, кибернетический, синергетический и др.

Признаки системности: многоуровневый характер, автономность, целостность.

• структурно-функциональный

Систему можно представить в виде структуры, выполняющей определенные функции. В этом случае при исследованиях используется структурно-функциональный подход.

Структурно-функциональный подход в познании - вариант системного подхода, предполагающий познание объекта путем анализа его структурных элементов и их собственных взаимосвязанных функций.

Структурно-функциональный подход первоначально был использован в лингвистике, а затем был взят на вооружение «науками о человеке»: антропологией, этнологией, психологией, социологией и др. Структурно-функциональный подход предполагает, что каждый элемент системы не только занимает определенное место в структуре системы, но и имеет определенное (функциональное) назначение. Структуре выступает не просто в виде устойчивого «скелета» объекта, a Kai совокупность правил функционирования, следуя которым можно из одного объекта получить второй, третий и т.д. При этом обнаружение единых структурных закономерностей некоторого множества объектов достигается не за счет отбрасывания отличий, а путем анализа функциональной динамики элементов структуры.

При изменении структурно-функционального подхода на объектно-функциональный, т.е. рассматривающий общее функционирование объекта, приходим к кибернетическому подходу.

• кибернетический

Кибернетический подход в познании - вариант системного подхода, при котором познание абстрактного материального объекта с неизвестной внутренней структурой сводится к анализу связей между входными воздействиями и выходными сигналами.

В кибернетическом подходе познаваемый объект может быть представлен «черным ящиком» - устройством, выполняющим определенные операции над входными воздействиями, которые, в свою очередь, могут меняться за счет механизма обратной связи (управление операциями по результатам анализа выходного сигнала).

Системы, управляемые с помощью обратной связи, рассматриваются как кибернетические. Оригинальность кибернетического подхода состоит в том, что изучается не вещественный или иной состав системы, а результат ее работы, результат реакции на внешнее воздействие. Примерами кибернетических систем являются и компьютеры, и человеческий мозг, и биологические популяции и т.п. Каждая такая система представляется множеством взаимосвязанных объектов, способных воспринимать, управлять, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Таким образом, при использовании кибернетического подхода одним из, главных аспектов изучения объектов является связанная с объектом информация. Одним из разделов кибернетики является информатика.

Значение кибернетического подхода для научного познания состоит в следующем: во-первых, он предлагает для использования общенаучные понятия - управление, обратная связь, информация и т.д.; во-вторых, в его рамках формируются новые методы исследований -моделирования, вероятностный, метод отклика, метод малых воздействий и т.п.; в-третьих, он решает очень интересную для исследователей задачу, в которой при известных входном и выходном сигналах дается ответ на вопрос о внутренней структуре и составе системы - «черного ящика» (задачи, относящиеся к классу так называемых обратных математических задач, например, решаемых в компьютерной томографии).

• Синергетический

Объединение рассмотренных подходов позволило сформулировать многообещающий современный подход - синергетический.

Синергетический подход в познании - системный подход, для которого в качестве условия принимается то, что в некоторых системах возможна самоорганизация, т.е. структура системы и, следовательно, ее свойства могут меняться скачком, спонтанно, непредсказуемо за счет совместного (синергетического) действия элементов системы.

Синергетический подход применяется к сложноорганизованным системам, например, таким, как человек, общество, некоторые физические и химические явления, в которых последующее состояние невозможно предсказать, зная предыдущее. Развитие таких систем всегда предполагает альтернативу (необходимость выбора одного из двух или нескольких возможных решений, вариантов).

Флуктуации (флуктуация - случайное отклонение от среднего значения) параметров и случайности на фоне общего поступательного движения в таких системах должны учитываться как факторы, ведущие к образованию качественно новых структур.

Главными посылками использования синергетического подхода при познании мира являются:

•невозможность жестко обусловить и запрограммировать эволюцию систем (эволюция - представления об изменениях в обществе или в Природе, длительное изменение предшествовавшего состояния какой-либо системы);

•самодостаточность «созидающего потенциала» (достаточность внутренней энергии) системы для возникновения новых организационных форм;

• понимание того, что целое и сумма его частей являются качественно различными структурами, части не могут быть сложены арифметически, необходимость учитывать интерференцию (наложение) их энергетических потенциалов;

• понимание того, что мир представляет собой иерархию сред с различной нелинейностью (нелинейная среда - среда, процессы в которой могут быть описаны нелинейными дифференциальными уравнениями. Нелинейные дифференциальные уравнения - уравнения, в которые входят неизвестные в степени больше, чем первой или произведения двух и более неизвестных).

Оставаясь предметом научных дискуссий, синергетический подход является прообразом интегрального научного подхода третьего тысячелетия. Предполагается, что он может быть использован для объяснения всех эволюционных процессов в мире, включая эволюцию человека и происхождение жизни во Вселенной.

3.Синергетический подход (in greater detail).

Синерге́тика (от др.-греч. συν- — приставка со значением совместности и ἔργον — «деятельность»). Автором термина «Синергетика» является Ричард Бакминстер Фуллер — известный дизайнер, архитектор и изобретатель из США.

Определение 1 (Данилов Ю. А., Кадомцев Б. Б. Что такое синергетика?//Нелинейные волны. Самоорганизация — М., Наука, 1983): синергетика = междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «…Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…»

История возникновения термина

• Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями.

• С. Улам в 1964 году в своей книге «Нерешенные математические задачи» (М.: Наука, 1964.-168) высоко оценил синергию — непрерывное сотрудничество между машиной и её оператором, осуществляемое за счёт вывода информации на дисплей.

• Убедившись на практике исследований сложных систем в ограниченности по отдельности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, И. Забуский в 1967 году пришёл к выводу о необходимости единого «синергетического» подхода, понимая под этим «…совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений» (Забуский И. Nonlinear partial differential equations — N. Y.: Acad. press, 1967, c. 223)

• Определение термина «синергетика», близкое к современному пониманию, ввёл Герман Хакен в 1977 году в своей книге «Синергетика» (Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980)

Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же (безотносительно природы систем), и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.

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, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, 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.

Предмет, методы и школы С.

Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций. Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики. Существуют несколько школ, в рамках которых развивается синергетический подход:

Школа нелинейной оптики, квантовой механики и статистической физики Германа Хакена, с 1960 года профессора Института теоретической физики в Штутгарте. В 1973 году он объединил большую группу учёных вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет 69 томов с широким спектром теоретических, прикладных и научно-популярных работ, основанных на методологии синергетики: от физики твёрдого тела и лазерной техники и до биофизики и проблем искусственного интеллекта.

Физико-химическая и математико-физическая Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой формулировались первые теоремы (1947 г), разрабатывалась математическая теория поведения диссипативных структур (термин Пригожина), раскрывались исторические предпосылки и провозглашались мировоззренческие основания теории самоорганизации, как парадигмы универсального эволюционизма. Эта школа, основные представители которой работают теперь в США, не пользуется термином «синергетика», а предпочитает называть разработанную ими методологию «теорией диссипативных структур» или просто «неравновесной термодинамикой», подчёркивая преемственность своей школы пионерским работам Ларса Онзагера в области необратимых химических реакций (1931 г).

В России:

Концептуальный вклад в развитие синергетики внёс академик Н. Н. Моисеев — идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы.

Математический аппарат теории катастроф, пригодный для описания многих процессов самоорганизации, разработан российским математиком В. И. Арнольдом и французским математиком Рене Томом.

В рамках школы академика А. А. Самарского и члена-корреспондента РАН С. П. Курдюмова разработана теория самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента (включая теорию развития в режиме с обострением).

Синергетический подход в биофизике развивается в трудах членов-корреспондентов РАН М. В. Волькенштейна и Д. С. Чернавского.

Синергетический подход в теоретической истории (историческая математика) с подразделами клиодинамика и клиометрика, развивается в работах Д. С. Чернавского, Г. Г. Малинецкого, Л. И. Бородкина, С. П. Капицы, А. В. Коротаева, С. Ю. Малкова, П. В. Турчина, А. П. Назаретяна и др.[5]

Приложения синергетики распределились между различными направлениями:

теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность, напр. явление турбулентности;

теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов (в отсутствие случайных шумов);

теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации. Сам процесс самоорганизации также может быть фрактальным;

теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость;

лингвистическая синергетика и прогностика.

Основные принципы С. в естествознании:

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

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

Неравновесность является необходимым условием появления новой организации, нового порядка, новых систем, т.е. — развития

Когда нелинейные динамические системы объединяются, новое образование не равно сумме частей, а образует систему другой организации или систему иного уровня

Общее для всех эволюционирующих систем: 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 (в том смысле, что для описания всего многообразия их эволюций пригоден обобщённый математический аппарат синергетики)

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 — наличие кратковременных точек раздвоения перехода к тому или иному относительно долговременному режиму системы — аттрактору. Заранее невозможно предсказать, какой из возможных аттракторов займёт система

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 во всех 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, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.

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. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации. 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, в 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.

Самоорганизация в сложных системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых уровней организации материи сопровождаются нарушением симметрии. При описании эволюционных процессов необходимо отказаться от симметрии времени, характерной для полностью детерминированных и обратимых процессов в классической механике. Самоорганизация в сложных и открытых — диссипативных системах, к которым относится и жизнь, и разум, приводят к необратимому разрушению старых и к возникновению новых структур и систем, что наряду с явлением неубывания энтропии в закрытых системах обуславливает наличие «стрелы времени» в Природе.

Псевдосинергетика

Наблюдаются случаи использования терминологии синергетики для придания веса псевдонаучным изысканиям. Отмечается, что некоторые учёные стали представлять себе и широкой общественности синергетику как «панацею», решающую коренные вопросы во всех науках, в том числе — в гуманитарных, при этом зачастую на фоне некритического отвержения классических и апробированных подходов и теорий.

Ключевые авторы:

Пригожин, Илья Романович

Хакен, Герман

Курдюмов, Сергей Павлович

Малинецкий, Георгий Геннадиевич

Капица, Сергей Петрович

Моисеев, Никита Николаевич

Чернавский, Дмитрий Сергеевич

Самарский, Александр Андреевич

Синергетическая картина мира по Герману Хакену (из интервью с ним):

«Отвечая в интервью на вопрос Е.Н. Князевой: «Какие ключевые слова Вы могли бы назвать, которые наилучшим образом выражали бы основное содержание синергетики? Проф. Г. Хакен выбрал следующие ключевые положения, раскрывающие сущность синергетики:

«1. Исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом.

2. Эти системы являются нелинейными.

3. При рассмотрении физических, химических и биологических систем речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия.

4. Эти системы подвержены внутренним и внешним колебаниям.

5. Системы могут стать нестабильными.

6. Происходят качественные изменения.

7. В этих системах обнаруживаются эмержентные новые качества.

8. Возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры.

9. Структуры могут быть упорядоченными или хаотическими.

10. Во многих случаях возможна математизация».

References:

↑ Данилов Ю. А., Кадомцев Б. Б. Что такое синергетика?//Нелинейные волны. Самоорганизация — М., Наука, 1983.

↑ Болдачев А. В. Новации. Суждения в русле эволюционной парадигмы Спб.:Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. — 256 с. ISBN 978-5-288-04227-0

↑ Забуский И. Nonlinear partial differential equations — N. Y.: Acad. press, 1967, c. 223

↑ Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980

↑ См., например: История и синергетика. Методология исследования. М.: Издательство ЛКИ/URSS, 2009, 2-е изд.

↑ Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах: От диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М.: Мир, 1979. — 512 с.

↑ Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985

↑ Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986.

↑ Пригожин И. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках. М.: Наука, 1985.

↑ Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. — М.: Мир, 1990

↑ Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир, 1991

↑ Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант: К решению парадокса времени. М.: Прогресс, 1994

↑ Хакен Г. Принципы работы головного мозга: Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности. М.: Изд-во Per Se, 2001. — 353 с.

↑ Хакен Г. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии. — Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003, 320 с.

↑ Губин В. Б. Сб. «О методологии лженауки». — М. ПАИМС, 2004