книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Глава /. Системный анализ мира

нелегко Но и не самая сложная катастрофа — трехмерная сборка, оказы­ вается, может быть универсальной.

1.1.2

Порядок и хаос

Системы взаимодействуют друг с другом и при этом могут вести себя хаотично. Появление хаотичности в той или иной системе связано не только с действием каких-либо априори случайных сил или действием хаоса. Природа хаотического поведения даже полностью де­ терминированных систем кроется в свойстве приобретать при определенных значениях параметров неустойчивость траекторий развития. Такую ситуа­ цию принято называть динамическим хаосом. Французский ученый Анри Пуанкаре показал, что взаимодействие даже трех небесных тел нелинейно и содержит элементы динамического хаоса.

Установлено, что для сложных открытых систем независимо от их при­ роды существуют ключевые параметры, которые позволяют описывать и мо­ делировать обобщенное поведение и состояния системы в процессе разви­ тия. Это, например, закон, задающий границу порядка и хаоса. Именно здесь реализуются динамичность и свобода хаоса с законом направленности развития. Например, куча песка, непрерывно пополняемая песчинками, приобретает критический наклон, и начинаются сходы лавин (сброс сверх­ критических масс). Если лавины сбросят больше требуемого объема, то ку­ ча песка на некоторое время переходит в режим аккумуляции. При случай­ ном возникновении избытка песка возникают большие лавины. В любом случае происходит возврат к оптимальному критическому наклону, когда и аккумуляция работает, и хаотические лавины возникают. Эти лавинообраз­ ные явления очень похожи на те, которые возникают в группе вертикально стоящих домино при случайном воздействии на один из элементов систе­ мы. Таковы же принципы упругого и хрупкого взаимодействия модельных блоков литосферы с последующей имитацией землетрясений в экспери­ менте, проведенном Пер Баком и Пак Ченом, колебания курса акций на рынке и многое другое. Для этих абсолютно разных моделей характерны по­ добие в характере фликкер-шума (совокупность всех амплитуд и частот экс­ тремальных явлений в системе), фронтальность и салюорганизованная критич­ ность в процессе эволюции. Система всегда сама из любого субкритического или надкритического состояния возвращается в состояние критичности за счет похожих переходных фазовых состояний. Эволюция в режимах самоорганизованной критичности, как правило, описывается степенными законами: например, закон Гутерберга-Рихтера, связывающий частоту и энергетику

51

Раздел /. Принципы эволюции и взаимодействия сложных систем

землетрясений, эволюция биосферы, эволюция во времени лавиноопасных склонов, взрыв массивных звезд или «сверхновых», паление курса акций на бирже в момент кризиса и др. Субкритические и надкритические законо­ мерности имеют другое представление — логарифмическое, экспоненциаль­ ное и т.д.

Степенные закономерности развития на заключительной стадии эво­ люции обязательно приводят к режимам с обострением (когда за любой сколь угодно малый промежуток времени происходит сколь угодно большое на­ растание амплитуды). В таких состояниях у системы возникают проблемы коэволюции с окружающей средой. Например, стремительный рост числен­ ности населения мира и потребностей в энергии, пище и благосостоянии способствовал развитию негативных тенденций во взаимоотношениях об­ щества и природы и, как следствие, возникновению множества глобальных экологических проблем.

Взаимодействие систем в процессе эволюции является сложным про­ цессом и зачастую сопровождается явлениями суперпозиции, или наложения ритмов друг на друга, и, что еще более важно, явлениями нелинейного ре­ зонанса. Именно это наиболее существенно при неравновесном состоянии систем и сопровождается кардинальными изменениями во взаимодейству­ ющих системах. В тех случаях, когда возникает угроза жизнедеятельности систем, такие процессы можно относить к опасным. Любое силовое или структурирующее воздействие одной системы на другую может стать опас­ ным. В состоянии кризиса система неравновесна и крайне чувствительна к любым внешним воздействиям. Такое положение называют зоной бифур­ кации — это как бы распутье. Дальнейшее развитие системы почти непред­ сказуемо, так как в этом состоянии она не зависит от начальных условий и своего прошлого, а главную роль играют какие-то цели будущего. Тем не менее существует «коридор» возможностей, а не абсолютный произвол.

Природа состоит из систем, которые постоянно взаимодействуют дру!

сдругом. Жизнь любой системы можно сравнить с постоянным общением

ссоседями, которое нередко заканчивается драмой. В природе возникает множество ситуаций, когда взаимодействие сложных систем приводит к возникновению опасных природных процессов. Например, столкновение теплых и холодных воздушных масс сопровождается возникновением атмо­ сферных фронтов, циклонов и антициклонов с сопутствующими погодны­ ми изменениями. Удар астероида по поверхности Земли сопровождается гигантским взрывом и может привести к гибели биоты. Система большого кучевого облака сопровождается грозой, ливнями, градом и т.д. Нель чело­ века — предвидеть опасные ситуации. Любая эволюционирующая система

втечение своей жизни неоднократно встречается с кризисными ситуация­ ми и преодолевает их, совершая некий скачок в своем устройстве для бо­

лее эффективной адаптации. Наиболее наглядно это видно на примере эво­ люции биосферы и социума.

52

Глава L Системный анализ мира

1.2

Закономерности эволюции биосферы и ноосферы

Биологическая фаза. В живой природе целью суще­

ствования является удовлетворение биологических потребностей: пищевой и наследственной (продолжение рода). В процессе эволюции всякий новый, более совершенный вид должен был возникнуть только в ответ на доста­ точно сильно изменившиеся условия внешней среды. А среда изменялась, причем пополнялась все более высокочастотными ритмами. Например, ко­ гда появились атмосфера и гидросфера, возникли климатические ритмы. Возникла мантийная конвекция — появились земная кора, вулканы, земзетрясения, рифты, стал меняться состав атмосферы и океана. Ответ био­ сферы в виде возникновения нового вида биоты всегда должен был гармо­ низировать сложившуюся ситуацию — например, обеспечивать адаптацию к новым условиям большим набором функций нового вида или усовер­ шенствовать функции старого вида. Это отражалось в функциональной ор­ ганизации организма за счет изменения типа клеток или числа их типов. Под типом клетки понимается специализированное функциональное назна­ чение целого ансамбля клеток. Например, печень имеет несколько типов клеток, специализированных для нескольких функций, почки — для других и т.д. Самые первые организмы на Земле — прокариоты, появившиеся око­ ло 3,8 млрд лет назад, имели один тип клеток, появившиеся вслед за ни­ ми эукариоты начинали с двух типов и т.д. Венцом совершенства стал че­ ловек, получивший 254 типа специализированных групп клеток. При этом каждый организм обладал собственной системой управления этими функ­ циями. На рис. 1.9 представлена кривая роста числа функций или числа ти­ пов клеток в зависимости от времени для той ветви эволюции, на которой находится человек. Эта кривая имеет степенной вид, отвечающий принципу самоорганизованной критичности. Поэтому она проста и гениальна, так как описывает процессы созидания из критической неравновесной ситуации, т.е. на грани хаоса и порядка. Природе здесь оставлена тактическая свобода: хо­ чешь — выбрасывай «газон» видов, хочешь — только два вида, но потом все равно вершится «суд отбора» и осуществляется выбор собственной тра­ ектории развития. Каждый вид может дать начало своей ветви эволюции.

Реальная эволюция выглядит в виде «Дерева Видов» и состоит из по­ добных кривых. Однако прогрессивной оказалась лишь та ветвь, на кото­ рой находится человек, потому что она отвечает закону самоорганизован­ ной критичности, а все остальные ветви оказались непрогрессивными, так

53

Раздел I. Принципы эволюции и взаимодействия сложных систем

Рис. 1.9. Эволюция биосферы по функциональному разнообразию, уровню цефализаиии и экологическому структурированию [Иванов О.П., 2000]

как являются субкритическими. Данная кривая является именно тем уни­ кальным пределом, вокруг которого можно только флуктуировать, но не нарушать главный закон.

По мере увеличения числа функций параллельно совершенствовалась система управления ими. Сначала природа создала в живых существах раз­

54

Глава / . Системный анализ мира

розненные нервные клетки — волокна, которые быстрее передавали им­ пульсы внешних воздействий и обеспечивали более быструю ответную ре­ акцию части организма. Затем нервные клетки были объединены в центры (ганглии), что обеспечило более целостную ответную реакцию организма. Впоследствии ганглии были объединены в головном отделе, возник голов­ ной мозг, который обеспечивал оптимизированную поведенческую реакцию всего организма. Далее эволюция управления пошла по пути совершенство­ вания головного мозга. Закономерность развития этого направления в ка­ кой-то мере можно проследить по представлениям о пефализации в качест­ ве функции времени. Но можно иначе — качественно, ведь каждый новый вид — это и большее число функций, и одновременно более совершенная система управления. Следовательно, кривая совершенствования управле­ ния будет идентична функциональной кривой.

Также параллельно развивалось третье — экосистемное — направление. Экосистема — это организация природных образований, объединенных участием в биогенном круговороте веществ с целью устойчивого, длитель­ ного, совместного существования в рамках согласованной пищевой цепи и полной утилизации отходов. Задача экосистемного направления состояла в сохранении достигнутой структуры биосферы путем закрепления в звень­ ях экосистем наиболее удачных вариантов и, следовательно, сохранения пирамиды экосистем в целом. Экосистемы обладают колебательной ответ­ ной реакцией на изменения внешней среды и, следовательно, являются ма­ ксимально устойчивыми. Их может разрушить только существенное внеш­ нее поражающее воздействие.

Экосистема обеспечивала наиболее оптимальные условия для гомео­ стаза (устойчивого существования) любого входящего в нее вида. Для вся­ кого нового, более совершенного вида создавалась новая, более сложная экосистема, в которой этот вид занимал главенствующее положение в пи­ щевой (энергетической) пирамиде. Следующий эволюционный скачок де­ лал эту экосистему соподчиненной еще более новой, высокой экосистеме. Такова вертикаль эволюции экосистемного структурогенеза. Если уровень экосистемы оценивать по уровню самого совершенного вида в ней, то мож­ но также построить качественную закономерность экосистемной эволюции как функцию от времени. Кривая, характеризующая эту зависимость, то­ же фактически совпадет с кривой функционального разнообразия, т.е. она будет иметь те же степенную зависимость и режим самоорганизованной критичности (рис. 1.9). Важнейшая особенность экосистем — спо­ собность к полной утилизации всех продуктов жизнедеятельности ее чле­ нов. Это требовало не только вертикальных связей, но и множества го­ ризонтальных — с соседними экосистемами. Таким образом, сложился экосистемный структурогенез — многоуровневый и многоплановый про­ цесс глобального характера, направленный на достижение максимальной устойчивости биосферы.

55

Раздел I. Принципы эволюции и взаимодействия сложных систем

Период собственно биологического развития составляет около 3,8 млрд лет. Совершенствование видов на ранней стадии эволюции шло крайне мед­ ленно. Так, эукариоты возникли после прокариотов лишь спустя 1,8 млрд лет. Но на заключительных стадиях темп развития ускорился, и период по­ явления новых видов стал измеряться уже несколькими миллионами лет, т.е. градиент видообразования колоссально вырос. В рамках геологического вре­ мени последняя часть кривой эволюции соответствуют режиму с обострени­ ем. Однако следует обратить внимание на то, что появление новых функций все же измеряется миллионами лет. Это биологический темпомир, и основ­ ное его свойство — полная взаимосвязанность, или гармония ключевых уп­ равляющих параметров. Введение очень удобного термина «темпомиры» при­ надлежит ученым С.П. Курдюмову и Е.Н. Князевой.

Социальная фаза. Биологический человек возник за очень короткий срок в условиях более сурового климата, и первоначально все было биоло­ гически гармонизировано. Но постепенно более эффективным способом адаптации стало уже не биологическое совершенствование, а иные принци­ пы: например, образование более крупных травоядных стад для повышения эффективности защиты от хищников и интенсивная миграция в поисках хороших пищевых условий. Даже хищники пошли по пути коллективной охоты. Например, успех охоты гиеновых собак превышает 50% по сравне­ нию с 10—20% в случае охоты в одиночку (львы, тигры).

Стадный образ жизни человека способствовал началу фазы социальной эволюции. Коллективная охота дала толчок к образному и коллективному мышлению. Коллективное мышление породило понятие социальной по­ требности. В период развития земледелия возникли способы хранения соби­ раемого урожая. Развились навыки накопления, а вместе с ними и способы перераспределения накопленного силовым путем. Удовлетворение социаль­

ных потребностей становится ключевым, отныне это — главная цель развития человечества и новая ветвь эволюции. Быстро совершенствуются техноген­ ные методы — как скорейший путь удовлетворения социальных потребно­ стей за счет изъятия необходимого у природы, а также путь социальных конфликтов и войн — как наиболее быстрый способ перераспределения уже накопленных богатств. Размер богатства, впоследствии определяемый деньгами, становится мерилом силы, власти, благополучия, уровня ком­ фортности бытия. Возник ускоренно развивающийся новый мир, в котором социальная конкуренция стала двигателем прогресса.

Для понимания темпа развития социума используем зависимость после­ довательного совершенствования комплексов коллективных социальных функ­ ций (или социально-экономических формаций) от времени (рис 1.10).

Наиболее удобным представлением таких формаций является модель, предложенная Ю.В. Яковцом. согласно которой формация предстает в виде триады: производительные силы — производственные отношения — свобода личности. Согласно данным Ю.В. Яковца неолитический цикл (формация)

56

Глава L Системный анализ мира

занимал около 32 веков, восточно-рабовладельческая формация — 22, ан­ тичная — 12, раннефеодальная — 7, предындустриальная — 4,5, индустри­ альная — 2,3, постиндустриальная — 1,3, информационная — 0,5 века.

Общий период социального развития составляет лишь 81,6 века. т.е. по сравнению с живой природой он уменьшился почти в 468 тыс. раз, следова­ тельно, темп развития увеличился почти во столько же раз. Возник принци­ пиально иной социальный темпомир.

Социально - экономические циклы

Биологические

циклы

Рис. 1.10. Эволюция общества по социально-экономическим циклам [Ива­ нов О.П., 2000]

57

Раздел I. Принципы эволюции и взаимодействия сложных систем

Совершенно очевидна функциональная траектория его развития — сте­ пенной закон с режимом обострения на заключительной стадии. Но время, потребовавшееся на достижение этой фазы, по сравнению с биологической стадией развития было значительно меньше. Причины и следствия этого яв­ ления мы рассмотрим ниже.

Информационная фаза. С развитием компьютерной техники возникла третья фаза эволюции — информационная, которая отличается огромны­ ми темпами развития. Уже сейчас, всего за каких-то 30—40 лет, мы стано­ вимся свидетелями включения информационных технологий во все сферы нашей деятельности: в сферу рыночных отношений, борьбы за власть (пи­ ар-технологии в предвыборных кампаниях), обучения, воспитания и т.д. Информация стала не только ценнейшим товаром, но и средством воздейст­ вия на массовое сознание. Она приобрела свойства обратной, положительной связи, ускоряющей и разгоняющей весь процесс от производительных сил и производственных отношений до удовлетворения социальных потребностей. А это означает, что в условиях усиливающейся рыночной конкурентной борьбы ценность личностных устремлений в обществе, мораль и гуманность стремительно теряют свои позиции. Ведущими становятся корпоративные интересы, направленные на удовлетворение неограниченно растущих псевдосоциальных потребностей узких групп лиц, возглавляющих фирмы и корпорации.

Религиозные воззрения становятся уделом личного мира, тогда как вы­ живание личности полностью зависит от благополучия приютившей его фирмы или корпорации. Стало возможным искусственно создавать падение котировок на биржах, взвинчивать цены на рынках, играть на колебаниях курса валют и др. Таким образом, информационное поле стало крайне не­ равновесным и турбулизованным, что непосредственно усиливает хаосоген­ ную составляющую общества. Структуры государств уже не напоминают при­ вычную строгую египетскую пирамидальность, когда во главе государства стояла личность, которая совместно со жрецами (приближенными) опреде­ ляла концепцию государства. Ниже располагалась разнородная элита, зада­ чей которой являлось создание и распространение идеологии под конкрет­ ную концепцию. Нижнюю ступень пирамиды занимали рабы, толпа или пролетарии.

Пирамида информации, получаемой этими структурами, прямо проти­ воположна структурной пирамиде, т.е. перевернута, ибо самые ценные зна­ ния принадлежали верховной власти.

Современные государства становятся пирамидально-глобулярными (рис. 1.11), так как интересы государств в значительной мере подчинены не только интересам королевских, монархических или президентских семей, но регулируются также интересами корпораций (финансово и политически от­ носительно самостоятельных образований).

58

Глава /. Системный ансииз мира

Глава

Рис. 1.11. Образ структуры современных государств [Иванов О.П., 2000]

Вертикаль подчиненности сохраняется, но появляется существенная сво­ бода в строительстве собственных связей. В этих условиях вектора целей та­ ких социально-экономических глобул зачастую не совпадают с интересами го­ сударства и уж тем более с понятиями духовно-экологического императива. Можно утверждать, что совокупность таких векторов далеко не компланарна и порой даже не отвечает государственным или национальным интересам.

Рост числа самостоятельных структур сопровождается последователь­ ным усилением динамизма всей системы управления. Возможны две стан­ дартные ситуации и одна нестандартная (или российская).

Первая ситуация отвечает росту равносильных глобул (фирм, корпора­ ций), и тогда роль государства состоит в регулировании конкуренции на рын­ ке. Сама конкуренция способствует проявлению максимальной инициативы и в целом положительна, тем более что государство выступает ведущим кон­ курентом на рынке.

Вторая ситуация возникает при резком усилении одной или несколь­ ких глобул и сопровождается установлением ее или их монополизма при

59

Раздел I. Принципы эволюции и взаимодействия сложных систем

снижении роли государства. Сильное государство легко справится с такой проблемой, введя, например, закон об антимонополизме, слабое может ча­ стично утратить свою управляющую роль.

Третья ситуация характеризует стадию монополизма по многим параме­ трам, что возможно лишь при потере государством своих ведущих позиций на рынке конкуренции. Последствия такого положения — коррумпирован­ ность высших эшелонов власти, лоббирование в законодательной сфере ан­ тинародных законов, обнищание населения и, как следствие, рост преступ­ ности на всех уровнях.

На стадии рыночного капитализма общая структура государства начине­ на самоподобными пирамидальными (по способу внутреннего структурирова­ ния) структурами — глобулами. Но связи этих структур зачастую не слишком зависимы от государства и носят транснациональный характер. В третьей си­ туации транснациональность представляет серьезную опасность для государ­ ства.. С точки зрения синергетики любая эволюционирующая система долж­ на быть открытой — это основа ее развития. Но степень открытости повсюду в природе подчинена главному — интересам сохранения самой системы. Когда же страна не может контролировать отток финансов за свои преде­ лы, она подобна истекающему кровью животному, конец которого предо­ пределен.

Самоподобные структуры принято называть фрактальными. Исследо­ вания показывают, что фрактальность — это свойство открытых сложных систем, вошедших в переходную фазу сильной неравновесное™.

Возможны три выхода. Первый — переход системы (государства) в квазистационарное состояние с минимальными потерями за счет непопулярных мер по усилению роли государства, невзирая на внешнее давление незаин­ тересованных государств. Например, взятие под государственный контроль всех сырьевых ресурсов страны, ВПК, фундаментальной науки и образова­ ния, перекрытие оттока капитала за границу. Фактически это сохранение открытости системы, но под государственным надзором. Второй — превра­ щение системы в подсистему (сателлит) более сильного государства и удер­ жание в этом положении некоторое время за счет собственного военного потенциала. Третий — путь катастрофы и распада системы на подсистемы. Первую стадию третьего пути мы уже наблюдали при распаде СССР, вто­ рая возможна при распаде России. Естественно, мы более заинтересованы

впервом варианте. Но для этого надо иметь сильную фундаментальную науку, способную разработать принципы управления сложными системами

вусловиях неравновесных динамических состояний.

На информационной стадии чуть ли не с самого начала возникают ре­ жимы обострения по многим параметрам и усиливается эскалация сложив­ шихся негативных тенденций во взаимоотношениях общества и природы и внутри общества. Длительность периода информационного развития, если вести отсчет от момента начала компьютеризации, составляет всего лишь

60