Синергетика

СИНЕРГЕТИКА

Синергетика –  это теория самоорганизации в  системах различной природы. Она  имеет дело с явлениями и процессами, в результате которых у системы  – у целого – могут появиться  свойства, которыми не обладает ни одна из частей.

Синергетика изучает системы, состоящие из огромного множества взаимодействующих частиц (слово «частицы» здесь использовано в обобщающем смысле и может быть заменено по желанию на «объекты», «индивиды», «субъекты рынка» и т.д. и т.п.). Основы этой науки были заложены применительно к физической химии профессором Свободного университета в Брюсселе Ильей Романовичем Пригожиным, награжденным за полученные им результаты Нобелевской премией. Он назвал эту науку наукой о самоорганизации, или наукой о сложном. Позже немецкий физик Г.Хакен успешно применил те же принципы к исследованию явлений в квантовых генераторах и предложил ныне широко используемое название «синергетика». Синергетика появилась не сразу, не в силу озарения. С начала ХХв. стало расти осознание того, что весь окружающий мир не может быть описан законами только классической механики. Люди в практической деятельности сталкивались с явлениями, которые не могли быть описаны в рамках известных на тот период теорий, построенных для детерминированных систем, например, небесной механики. Оказалось, что необходимо знать законы стохастических процессов, в частности, развитие радиосвязи и телефонных сетей потребовало развития теории нелинейных систем.

Множество взаимодействующих  частиц приобретает способность  к самоорганизации в том случае, если это множество образует так называемую открытую систему, способную обмениваться энергией, массой и информацией с окружающей средой. Если система, обладающая названными свойствами, способна эволюционировать, то ее называют диссипативной системой. Иногда такую систему называют нелинейной. Термин «нелинейность» систем заимствован из математики. Он означает определенный вид математических уравнений, которые используются в математических моделях открытых систем, находящихся вдали от равновесия.

Специфика предмета синергетики состоит в том, что она изучает процессы самоорганизации в открытых системах под углом зрения нелинейного мышления. Объектом же исследования являются сложноорганизованные неравновесные системы, находящиеся на различных стадиях перехода от хаоса к порядку и обратно.

В результате разработки идей синергетики и соответствующих  методов системных и междисциплинарных  исследований открывается перспектива  выхода на понимание интегральных сценариев  развертывания событий во Вселенной  на микро-, макро - и мегауровнях, что позволит переосмыслить и роль человека в глобальных процессах, в структуре познавательной и практической деятельности. С этих позиций легче определить стратегию решения и чисто земных проблем. Общие контуры такой стратегии уже вырисовываются. От извечной борьбы с природой человечество начинает переходить к поиску своего предназначения в ней, к коэволюции с природой.

Любая многоуровневая структура  рассматривается в синергетике  с точки зрения ее открытости или  закрытости (изолированности), линейности или нелинейности, стабильности или неустойчивости, порядка или хаоса, самоорганизации, диссипативности, фрактальности и т.д.

Начнем с выяснения содержания понятий открытости и закрытости системы. Открытость означает, прежде всего, такое свойство системы, при котором она имеет возможность непрерывного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Причем, возможности такого обмена существуют в каждой точке системы, а не только через фиксированные каналы. Еще одним свойством открытых систем является возможность управления всеми ресурсами системы или любой ее точки. Так должна выглядеть открытая система в идеале. На практике же мы встречаемся с целой гаммой переходных состояний от полной открытости до полной изоляции.

Несмотря на то, что открытая система представляет собой логически и организационно единый комплекс, каждый отдельный элемент комплекса имеет достаточно степеней свободы для своего индивидуального самовыражения и развития, не нарушающего целостность системы. Это можно показать на примере природных и социальных объектов. Так, общество (государство) может быть легко отнесено к открытому или закрытому типу. К закрытым обществам относятся, прежде всего, тоталитарные государства с чрезмерно централизованной системой управления и пренебрежением к правам и свободам человека. В открытом же обществе каждый его член может свободно перемещаться внутри и за пределами государства, обмениваясь информацией, идеями, материальными и духовными ценностями без всяких ограничений. В открытом обществе человек становится полноправной личностью, а не винтиком государственной машины. Это распространяется не только на положение индивида, но и на все другие компоненты открытого общества (коллективы, организации, города, области и т.д.).

Нелинейность является фундаментальной характеристикой открытой системы и предполагает непрерывность выбора альтернатив ее развития. Нелинейная система обязательно многомерна, многовариантна и не поддается классическим методам описания, что порождает потребность в выработке таких методов, которые отвечали бы условиям задачи. В математике нелинейными называют такие уравнения, которые имеют несколько качественно различных решений. Множеству способов решения задач, связанных с нелинейными уравнениями, соответствует множество путей эволюции, описываемой этими уравнениями. Необходимость анализа подобных ситуаций в познавательной деятельности привела многих ученых к разработке методологии решения эвристических проблем в нелинейных средах. Эта методология получила название нелинейного мышления.

Понятие самоорганизации  выражает способность сложных систем к упорядочению своей внутренней структуры. Самоорганизация в сложных и динамичных открытых системах возможна лишь при наличии достаточно большого числа взаимодействующих элементов. Причем, поведение взаимодействующих элементов должно быть кооперативным и когерентным. Это относится и к природе и к обществу. Механизм самоорганизации начинает действовать в рамках более масштабных и качественно иных структур. И охватывает уже не отдельные общности людей, а все человеческое сообщество.

В синергетике  используются также понятия, обозначающие специфику некоторых состояний в эволюции открытых, нелинейных самоорганизующихся систем.

Понятием "бифуркация" обозначается состояние системы, находящейся  перед выбором возможных вариантов  функционирования или путей эволюции (развилка дорог). В математике это означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. В точке бифуркации (на перепутье) система находится в неравновесном состоянии, где малейшие флуктуации или случайные обстоятельства могут кардинально изменить направление дальнейшего развития, закрывая тем самым возможности движения альтернативным путем. Характеризуя такие состояния, И.Р. Пригожий подчеркивает «уникальность точек бифуркации, в которых состояние системы теряет стабильность и может развиваться в сторону многих различных режимов функционирования».

Поскольку проблема выбора режимов функционирования или  направлений развития возникает  перед любой самоорганизующейся системой, в синергетике приступили к построению и исследованию бифуркационных моделей с тем, чтобы попытаться обнаружить закономерность в самой случайности.

Понятие "аттрактор" (от латинского - притягивать) означает некоторую совокупность условий, при  которых выбор путей движения или эволюции разных систем происходит по сходящимся траекториям, и, в конечном итоге, как бы притягивается к одной точке. Наглядно это можно представить в виде конуса бытовой воронки, направляющего движение частиц жидкости или сыпучих тел (например, песка) к своему центру (вершине конуса - горловине воронки) независимо от первоначальных траекторий. Пространство внутри конуса воронки (аттрактора), где любая частица (система) туда попавшая постепенно смещается в заданном направлении, называют "зоной аттрактора".

Различают несколько  разновидностей аттрактора, среди которых следует выделить так называемый "странный аттрактор". При состояниях системы характеризуемых странным аттрактором, становится невозможным определить поведение частиц (их поведение) в каждый данный момент, хотя мы, и уверены, что они находятся в зоне аттрактора.

С помощью алгоритмов странного аттрактора наука выходит  на описание изменений в климате, погодных процессов, движения некоторых  небесных тел, поведения многих элементарных частиц, явлений тепловой конвекции  и т.д.

Важное значение для синергетического миропонимания имеет понятие фрактальности (самоподобия). Фракталами обозначают явления масштабной инвариантности, когда последующие фермы самоорганизации материальных и социальных систем напоминают по своему строению предыдущие. Такие явления мы довольно часто наблюдаем в природе. Например, наукой давно подмечено, что строение солнечной системы (как и всех звездных систем) в определенной мере подобно строению атома, но на два десятка порядков в больших пространственно-временных масштабах.

Фрактальные аналогии в синергетике являются одним из методов познания природных и социальных явлений, поскольку часто служат основой для построения научных гипотез и теорий. Например, сходство очертаний обращенных друг к другу частей материков (например, Африки и Южной Америки) послужило основанием для выдвижения гипотезы об их происхождении, как известно, затем подтвердившейся.

Синергетика, пользуясь  данным методом, дает объяснение, почему тех или иных этапах эволюционного  развития повторяются определенные структуры (например, вихревые), раскрывает их роль в процессах самоорганизации в нелинейных системах различных масштабов. История человеческого общества также дает немало поводов для размышлений на фрактальные темы.

Формируя свой категориальный аппарат, синергетика нащупывает также закономерности, отражающие специфику нового мировидения. К ним следует отнести закономерности самоорганизации в открытых нелинейных системах, закономерности протекания диссипативных процессов в различных средах, закономерности проявления фрактальности, закономерности в бифуркационных ситуациях и т.д. Синергетические закономерности обнаруживают себя как в материальном мире косной (неорганической) природы, так и в мире живой природы, в том числе и в социуме.

Таким образом, становление синергетики создает новую теоретико-методологическую парадигму исследования природных и социальных явлений. Она, по мнению Г.И. Рузавина, позволяет "проанализировать и свести в единое целое многие результаты, полученные в астрономии и космологии, физике и химии, биофизике и биохимии, генетике и молекулярной биологии, геологии и экологии, относящимся к различным аспектам микро и макроэволюции". Тщательный анализ позиций синергетического подхода накопленных фактов и фундаментальных открытий в современной науке будет способствовать углублению, уточнению и конкретизации важнейших положений научных теорий о развитии материи, сущности жизни» Разума и перспективах человеческой цивилизация. По ряду важных аспектов познания следует ожидать радикальных перемен в мировоззренческих установках, в объяснении загадок природы.