Філософські проблеми синергетики

Відкрита нелінійна система в ситуації критичної нерівноважності здатна породжувати «диво створення порядку з хаосу», міняти сам тип своєї поведінки. У ній можуть формуватися нові динамічні стани, названі І. Пригожиним дисипативними структурами. Якщо розмазуючий процес дисипації ( дифузія , молекулярний хаос) веде рівноважну систему до хаосу, то в нерівноважних системах він наводить, навпаки, до виникнення нових структур, тому що усуває всі нежиттєві, нестійкі стану. «Дисипативність - фактор «природного відбору», що руйнує все, що не відповідає тенденціям розвитку, «молоток скульптора», яким той відсікає все зайве від брили каменю, створюючи скульптуру».

У дисипативній структурі між частинками встановлюються далекодіючі кореляції, змінюється тип поведінки - частинки починають поводитися узгоджено, когерентно, «як по команді» відбувається синхронізація просторово розділених процесів. Порядок в синергетиці розуміється як макроскопічна впорядкованість при збереженні мікроскопічної молекулярної невпорядкованості, тобто порядок на макрорівні цілком мирно уживається з хаосом на мікрорівні.

Виникнення дисипативних структур носить пороговий характер. Нерівноважна термодинаміка зв'язала пороговий характер з нестійкістю, показавши, що нова структура завжди є результатом розкриття нестійкості в результаті флуктуацій. Флуктуації - рух елементів мікрорівня, зазвичай розцінюємо як випадкові і не складові інтересу для дослідника. Флуктуації бувають внутрішні і зовнішні. Залежно від своєї сили флуктуації, що впливають на систему, можуть мати абсолютно різні для неї наслідки. Якщо флуктуації відкритої системи недостатньо сильні, система відповість на них виникненням сильних тенденцій повернення до старого стану, структурі або поведінці. Якщо флуктуації дуже сильні, система може зруйнуватися. І, нарешті, третя можливість полягає у формуванні нової дисипативної структури і зміні стану, поведінки та / або складу системи.

Будь-яка з описаних можливостей  може реалізуватися в так званій точці біфуркації, спричиненої флуктуаціями, в якій система відчуває нестійкість. Точка біфуркації являє собою переломний, критичний момент у розвитку системи, в якому вона здійснює вибір шляху; інакше кажучи, це точка розгалуження варіантів розвитку, точка, в якій відбувається катастрофа. Терміном «катастрофа» в концепціях самоорганізації називаються якісні, стрибкоподібні зміни, що виникають при плавній зміні зовнішніх умов. Просканувавши флуктуаційний фон, система вирішує, який тип розвитку обрати (яку флуктуацію закріпити). Проводячи аналогії з психологією, можна сказати, що в точці біфуркації система перебуває в стані імпринтної вразливості, де флуктуація імпрінтує (« вдруковує ») новий напрямок еволюції.

У середині століття Арнольд  Тойнбі, аналізуючи історичні долі різних цивілізацій, звертав увагу  на точки біфуркації, де вибір шляху (флуктуації) на кілька століть визначав хід розвитку величезних держав. Йому належить і термін "альтернативна  історія" для нетрадиційного аналізу, що має справу не з однією реалізувалася  траєкторією цивілізації, держави  або етносу, а з полем можливостей. На противагу Тойнбі, В.С. Капустін наводить цікаву метафору: «Біфуркаційний підхід у дослідженні соціокультурних  явищ змушує дивитися на світ не як на своєрідний музей, в якому зберігається кожен біт інформації, а як на процеси постійно руйнують стару і генеруючі нову структуру та інформацію».

Потенційних траєкторій розвитку системи багато і точно передбачити, в який стан перейде система після проходження точки біфуркації, неможливо, що пов'язано з тим, що вплив середовища носить випадковий характер. З математичної точки зору, нестійкість і пороговий характер самоорганізації пов'язані з нелінійністю рівнянь. Як вже було сказано, для лінійних рівнянь існує одне стаціонарне стан, для нелінійних - кілька. Таким чином, пороговий характер самоорганізації пов'язаний з переходом з одного стаціонарного стану в інший.

2 ) Інший тип структур - нестаціонарні (еволюціонують ) структури, що виникають за рахунок активності нелінійних джерел енергії. Тут структура - це локалізований у певних ділянках середовища процес, що має певну геометричну форму і здатний розвиватися, трансформуватися або ж переноситися в середовищі із збереженням форми.

Подібні структури вивчаються російської синергетичної школою. Слід зазначити, що фактично ці два типи структур є різними етапами розвитку процесів у відкритих нелінійних середовищах.

Об'єктом синергетики  є системи, які задовольняють, щонайменше, двом умовам :

• вони повинні бути відкритими;

• вони повинні бути істотно  нерівноважними.

Але саме такими є більшість відомих нам систем. Ізольовані системи класичної термодинаміки - це певна ідеалізація, в реальності такі системи виняток, а не правило. Складніше з усього Всесвіту в цілому: якщо вважати її відкритою системою, то що може служити її зовнішнім середовищем? Сучасна фізика вважає, що таким середовищем для нашого Всесвіту є  вакуум [4].

3 МІЖДИСЦИПЛІНАРНІСТЬ СИНЕРГЕТИКИ

Системи, що становлять предмет  вивчення синергетики, можуть бути самої  різної природи і змістовно і  спеціально вивчатися різними науками, наприклад, фізикою, хімією, біологією, математикою, нейрофізіологією, економікою, соціологією, лінгвістикою (перелік  наук легко можна було б продовжити). Кожна з наук вивчає "свої" системи  своїми, тільки їй властивими, методами і формулює результати  "своєю" мовою. При існуючій диференціації  науки це призводить до того, що досягнення однієї науки найчастіше стають недоступними увазі і тим більше розуміння  представників інших наук. На відміну від традиційних галузей науки синергетику цікавлять загальні закономірності еволюції систем будь-якої природи. Синергетика знаходить здатність описувати еволюцію природи систем інтернаціональною мовою, встановлюючи свого роду ізоморфізм двох явищ, що вивчаються специфічними засобами двох різних наук, але мають спільну модель, або, точніше, що приводяться до загальної моделі. Виявлення єдності моделі дозволяє синергетиці робити надбання однієї галузі науки доступним розумінню представників зовсім іншій, може бути, дуже далекою від неї галузі науки і переносити результати однієї науки на, здавалося б, чужорідний грунт [5].

4 СИНЕРГЕТИКА ВІДНОСНО ДИНАМІЧНИХ СИСТЕМ

Будь-які об'єкти оточуючого нас світу представляють собою системи, тобто сукупність складових їх елементів і зв'язків між ними.

 Елементи будь-якої системи, у свою чергу, завжди мають деяку самостійну поведінку. При будь-якому формулюванні наукової проблеми завжди присутні певні припущення, які відсувають за дужки розгляду якісь несуттєві параметри окремих елементів. Однак цей мікрорівень самостійності елементів системи існує завжди. Оскільки рух елементів на цьому рівні зазвичай не становлять інтересу для дослідника, їх прийнято називати «флуктуаціями». У нашому повсякденному житті ми також концентруємося на значних, інформативних подіях, не звертаючи уваги на малі, непомітні і незначні процеси.

Малий рівень індивідуальних проявів окремих елементів дозволяє говорити про існування в системі  деяких механізмів колективної взаємодії - зворотних зв'язків. Коли колективне, системну взаємодію елементів призводить до того, що ті чи інші рухи складових придушуються , слід говорити про наявність негативних зворотних зв'язків. Власне кажучи , саме негативні зворотні зв'язки і створюють системи, як стійкі, консервативні, стабільні об'єднання елементів. Саме негативні зворотні зв'язки, таким чином, створюють і оточуючий нас світ, як стійку систему стійких систем. Стабільність і стійкість, однак, не є незмінними. За певних зовнішніх умов характер колективної взаємодії елементів змінюється радикально. Домінуючу роль починають грати позитивні зворотні зв'язки, які не пригнічують, а навпаки - посилюють індивідуальний рух складових. Флуктуації, малий рух, незначні раніше процеси виходять на макрорівень. Це означає, крім іншого, виникнення нової структури, нового порядку, нової організації у вихідній системі. Момент, коли вихідна система втрачає структурну стійкість і якісно перероджується, визначається системними законами, що оперують такими системними величинами, як енергія, ентропія. Особливу роль у світовому еволюційному процесі відіграє принцип мінімуму дисипації енергії, тобто: якщо допустимо не єдиний стан системи ( процесу), а ціла сукупність станів, згодних з законами збереження і зв'язками , накладеними на систему (процес), то реалізується її стан, якому відповідає мінімальне розсіювання енергії, або, що те ж саме, мінімальне зростання ентропії. Необхідно відзначити, що принцип мінімуму дисипації (розсіювання) енергії, наведений вище у викладі академіка Мойсеєва, не визнається в якості універсального природничо-наукового закону. Ілля Пригожин, зокрема, вказав на тип систем, які не підкоряються цим принципом. З іншого боку, вживання терміну «принцип», а не «закон», залишає можливість уточнення формулювань. Моменти якісної зміни вихідної системи називаються біфуркації стану і описуються відповідними розділами математики - теорія катастроф, нелінійні диференціальні рівняння і т.д. Коло систем, схильних такого роду явищам, виявився настільки широким, що дозволив говорити про катастрофи та біфуркації, як про універсальні властивості матерії. Таким чином, рух матерії взагалі можна розглядати, як чергування етапів адаптаційного розвитку та етапів катастрофного поведінки.

Адаптаційний розвиток має на увазі зміну параметрів системи при збереженні незмінного порядку її організації. При зміні зовнішніх умов параметрична адаптація дозволяє системі пристосуватися до нових обмежень, що накладається середовищем. Катастрофні етапи - це зміна самої структури вихідної системи, її переродження, виникнення нової якості. При цьому виявляється, що нова структура дозволяє системі перейти на нову термодинамічну траєкторію розвитку, яка відрізняється меншою швидкістю виробництва ентропії, або меншими темпами дисипації енергії. Виникнення нової якості, як уже зазначалося, відбувається на підставі посилення малих випадкових рухів елементів - флуктуацій. Це зокрема пояснює той факт, що в момент біфуркації стану системи можливо не одне , а безліч варіантів структурного перетворення і подальшого розвитку об'єкта . Таким чином , сама природа обмежує наші можливості точного прогнозування розвитку, залишаючи, проте, можливості важливих якісних висновків [6].

5 СИНЕРГЕТИЧНІ  КОНЦЕПЦІЇ САМООРГАНІЗАЦІЇ

На сьогоднішній день такі поняття як синергетика та самоорганізація  ототожнюють, однак такі асоціації  мають двояке значення. З однієї сторони ефект самоорганізації  є суттєвим, але тим не менш, одним  з компонентів, що характеризує синергетику, з іншої – саме цей компонент  надає суті всьому поняттю синергетики, і як правило, являється найбільш впливовим.

Синергетическая концепція самоорганізації

1. Об’єктами дослідження  є відкриті системи в нерівновагому  стані, що характеризуються інтенсивним  (потоковим, багато-дискретним) обміном  речовиною й енергією між підсистемами  й між системою з її оточенням

Конкретна система занурена в середовище, що є також її субстратом

2. Середовище – сукупність  складових її об’єктів, що перебувають  у динаміці. Взаємодія досліджуваних  об’єктів у середовищі характеризується  як близькодіюча – контактна  взаємодія. Середовище об’єктів  може бути реалізована у фізичному,  біологічному й іншому середовищі  більш низького рівня, що характеризується  як газоподібна, однорідна або  суцільна. (У складі системи реалізується  далеко діюча – польова й  опосередкована (інформаційна) взаємодія.)

3. Розрізняються процеси  організації й самоорганізації  Загальною ознакою для них  є зростання порядку внаслідок  протікання процесів, протилежних  установленню термодинамічної рівноваги  незалежно взаємодіючих елементів  середовища (також видалення від  хаосу за іншими критеріями).

(Організація, на відміну  від самоорганізації, може характеризуватися,  наприклад, утворенням однорідних  стабільних статичних структур.)

4. Результатом самоорганізації  стає виникнення, взаємодія, регенерація  динамічних об’єктів (підсистем)  більше складних в інформаційному  змісті, чим елементи (об’єкти) середовища, з яких вони виникають. Система  і її складові є істотно  динамічними утвореннями 

5. Спрямованість процесів  самоорганізації обумовлена внутрішніми  властивостями об’єктів (підсистем)  у їх індивідуальному й колективному  прояві, а також впливами з  боку середовища, у яку ”занурена”  система

6. Поводження елементів  (підсистем) і системи в цілому, істотно характеризується спонтанністю  – акти поводження не є строго  детермінованими

7. Процеси самоорганізації  відбуваються в середовищі поряд  з іншими процесами, зокрема  протилежної спрямованості, і  можуть в окремі фази існування  системи як переважати над  останніми (прогрес), так і уступати  їм (регрес). При цьому система  в цілому може мати стійку  тенденцію або піддаватися еволюції або деградації й розпаду.

Самоорганізація може мати у своїй основі процес перетворення або розпаду структури, що виникла  раніше в результаті процесу організації.

Про співвідношення синергетики  й самоорганізації варто цілком виразно сказати, що зміст, на який вони поширюються, і закладені в них ідеї невідривні один від одного. Але є і розбіжності. Тому синергетику як концепцію самоорганізації варто розглядати в змісті взаємного звуження цих понять на області їх перетинання.

Сьогодні загальна методологія  науки переживає період, що сполучає в собі риси еволюції й кризи. Значно зміцнивши свою базу за минуле сторіччя, сучасна наука може дозволити собі більш ліберальний підхід до включення в сферу свого розгляду змісту, що не має строгої об’єктивної основи. Позитивний зміст цієї дії полягає у включенні в поле уваги існуючих фактів і практик, що реально бідують в інтелектуальному аналізі. Однак через фактичну неготовність науки до дослідження цього змісту об’єктивними методами, процес супроводжується появою ”нетрадиційних” і ”некласичних” наук, симбіозів наукового й ненаукового знання й інших явищ, які природні самі по собі для людської пізнавальної діяльності, але далекі від саме наукового знання. Важливо те, що при цьому відбувається наробіток підходів до малодослідженого, реально існуючому змісту. Можна вказати, наприклад, на вкрай актуальне завдання об’єктивного дослідженні суб’єктивної реальності, на підступах до якої трудяться психологи, нейрофізіологи й розроблювачі систем віртуальної реальності й комп’ютерної анімації. Сама постановки завдання виглядає термінологічно суперечливої. Однак це реальне, вкрай важливе завдання, в основі рішення якого лежить вивчення й осмислення процесів самоорганізації в нейрон-біологічному, інформаційному  середовищах.