Синергетика Германа Хакена

       Введение

       Термин  «синергетика» как название нового междисциплинарного направления исследований был впервые введен Германом Хакеном в курсе его лекций, прочитанных в 1969 г. в университете Штутгарта. Научное сообщество встретило появление синергетики без особых восторгов, более того, градом незаслуженных упреков, обвинений и возражений. В чем только ни упрекали новое научное направление его противники и (не всегда добросовестные) критики: они утверждали, будто синергетика — детонат пустого понятия, и синергетика не имеет ни своего предмета, ни присущего только ей метода исследования, что она излишне математизирована и представляет собой одну из разновидностей физикализма, не обладает непременным атрибутом науки - прогностической силой, развивается не интенсивно, а экстенсивно. 
              Но вот минули три десятилетия, заполненные неустанными трудами профессора Г. Хакена, его сотрудников, учеников и единомышленников, и со всей очевидностью выяснилось, что все опасения, сомнения и упреки несостоятельны .

       Современная синергетика стала признанным междисциплинарным  направлением научных исследований, которое занимается изучением сложных  систем, состоящих из многих элементов, частей, компонентов, которые взаимодействуют  между собой сложным (нелинейным) образом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Определение синергетики

       Синерге́тика (от др.-греч. συν- — приставка со значением совместности и ργον — «деятельность») — 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.

       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.

       С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют  как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе.

       Однако  время показало, что всеобщий кибернетический  подход оправдал далеко не все возлагавшиеся  на него надежды. Аналогично — и расширительное толкование применимости методов синергетики также подвергается критике.

       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.

       В отдельных случаях образование  новых структур имеет регулярный, волновой характер и тогда они  называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями). 

       Предмет, методы и школы  синергетики

       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.

Синергетический подход в естествознании

       Основные  принципы:

       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