4. Синергетика - общая теория самоорганизации

.В последние годы бурно развивается наука под названием синергетика. Буквально греческое слово синергия означает совместное действие, сотрудничество. Основоположниками синергетики считаются Г. Хакен и И. Пригожин. Как отмечает Г. Хакен, принципы самоорганизации, изучаемые этой наукой, распространяются "от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звёзд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций."

В классической науке и недиалектической философии вплоть до середины ХХ века господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию. Теоретический базис под эти рассуждения подвела классическая термодинамика – наука о взаимопревращениях различных видов энергии. Ею было установлено, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выделенная самой природой направленность. И легче всего различные виды энергии переходят в самую простую ее форму – тепловую. Знаменитое второе начало термодинамики гласит: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Энтропия – это мера беспорядка системы. Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная система стремиться перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Максимум энтропии означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу.

В противоположность этому производимые синергетикой мировоззренческие сдвиги можно выразить следующим образом: а) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной по меньшей мере равновозможны; б) процессы созидания ( нарастания сложности и упорядоченности ) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются. Синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации.

Центральной проблемой синергетики является взаимоотношение порядка и хаоса. Все процессы, протекающие в различных материальных системах, мо­гут быть подразделены на два типа. Во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие к установлению равновесного состояния, которое при определённых условиях стремится к максимальной степени неупорядочен­ности или хаоса. Во-вторых, это процессы, протекающие в открытых систе­мах, в которых при определённых условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к само­организации. Основными характеристиками первого типа процессов является равновесность и линейность, главными характеристиками второго типа процес­сов, в которых проявляется способность к самоорганизации и возникновению диссипативных структур, является неравновесность и нелинейность. При­родные процессы принципиально неравновесны и нелинейны. Традиционная наука в изучении мира делала акцент на замкнутых системах, обращая особое внимание на устойчивость, порядок, однородность. Синергетический подход акцентирует внимание на открытых системах, неупорядоченности, неустойчи­вости, неравновесности, нелинейных отношениях

Свое понимание феномена самоорганизации И. Пригожин связывает с по­нятием диссипативной структуры - структуры спонтанно возникающей в от­крытых неравновесных системах (диссипация - рассеяние вещества и энергии). Классическими примерами таких структур являются такие явления, как образо­вание сотовой структуры в подогреваемой снизу жидкости (т.н. ячейки Бенара), "химические часы" (реакция Белоусова - Жаботинского), турбулентное движе­ние и т.д. Самый популярный и наглядный пример образования структур нарастающей сложности - хорошо изученное в гидродинамике явление, названное ячейками Бенара. При подогреве жидкости, находящейся в сосуде круглой или прямоугольной формы, между нижним и верхним ее слоями возникает некоторая разность ( градиент) температур. Если градиент мал, то перенос тепла происходит на микроскопическом уровне и никакого макроскопического движения не происходит. Однако при достижении им некоторого критического значения в жидкости внезапно ( скачком) возникает макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры в виде цилиндрических ячеек. Миллиарды молекул жидкости как по команде начинают вести себя скоординировано, согласованно, хотя до этого пребывали в совершенно хаотическом движении.

Пригожин процесс возникновения диссипативных структур объясня­ет так: пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, её элементы (например, молекулы воды, газа) ведут себя независимо друг от друга, как бы в состоянии гипнотического сна. Но если же система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравно­весное "возбуждённое" состояние, ситуация меняется Элементы такой системы "просыпаются от сна" и начинают действовать согласованно. Между ними воз­никают корреляции, взаимодействие. В результате и возникает то, что Приго­жин называет диссипативной структурой. После своего возникновения такая структура не теряет резонансного возбуждения, которое её и порождает, и од­ним из самых удивительных свойств такой структуры является её повышенная "чувствительность" к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором генерации и фактором отбора различных структурных конфигураций. Из точки неравновесия система попадает на одну из возможных историй своей эволюции. Тут-то и происходит самоорганизация, возникают устойчивые структуры, появляется ранее отсутствовавший порядок, к которому тяготеет система. Такие структуры называются аттракторами.

Синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюдаются две фазы: 1) период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию; 2) выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.

Описанный процесс сильно напоминает механизм действия закона перехода количественных изменений в качественные. Однако в синергетических представлениях об этом механизме есть важная отличительная особенность: переход системы в новое устойчивое состояние неоднозначен. Достигшая критических параметров система из состояния сильной неустойчивости как бы «сваливается» в одно из многих возможных новых для нее устойчивых состояний. В этой точке ( ее называют точкой бифуркации) эволюционный путь системы как бы разветляется, и какая именно ветвь развития будет выбрана, решает случай. Но после того, как «выбор» сделан, назад возврата нет. Процесс этот необратим.

Синергетический подход позволяет решить вопрос, который мучил основателей термодинамики: почему вопреки действию закона возрастания энтропии, который характеризует естественное стремление материальных систем к состоянию теплового равновесия и беспорядку, окружающий нас мир демонстрирует высокую степень организации и порядка? Синергетический подход подводит конкретно-научную базу под философские постулаты о внутренней активности материи, её стремлении к структурной самореализации. Он является основанием для развития эволюционной концепции. В рамках этого подхода имеет место возврат к учению древнегреческих философов, согласно которым мир движется от хаоса к порядку. Этот подход позволяет рассмотреть принципиально с новой точки зрения все основные формы материального мира и способы их существования.

В обобщенном виде новизну синергетического подхода можно выразить следующем образом:

1.хаос не только разрушителен, но и созидателен; развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность). Порядок и хаос не исключают, а дополняют друг друга; порядок возникает из хаоса.

2. линейный характер эволюции сложных систем, к которому привыкла классическая наука, не правило, а скорее исключение; развитие большинства таких систем носит нелинейный характер. А это значит, что для сложных систем всегда существует несколько возможных путей эволюции;

3. развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких разрешенных возможностей дальнейшей эволюции в точках бифуркации. Значит случайность – не досадное недоразумение, она встроена в механизм эволюции.