Значение синергетического подхода к изучению природных процессов трудно переоценить. Этот подход позволяет решить вопрос, который «мучил

Библиотека > Философия > Самоорганизация и системность

§ 1. Самоорганизация  
 
Проблема самоорганизации материальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем науки. Существенный вклад в решение этой проблемы вносит системный и информационный подходы. Терминология, выработанная в этих областях исследования, приобрела общенаучный характер в описании и объяснении процессов самоорганизации. Но обе эти области исследования имеют дело в основном с материальными системами уже достаточно высокого уровня организованности: биологические системы, социальные, технические и т.д. Процессы самоорганизации в неживой природе остаются вне интересов этих подходов.  
 
Решение этой задачи берет на себя научная дисциплина, именуемая синергетикой. Ее основоположниками считаются Г. Хакен и И. Приго-жин. Закономерности явлений самоорганизации, открываемые синергетикой, не ограничиваются областью неживой природы: они распространяются на все материальные системы. 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 звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций» («Синергетика». М., 1980. С. 16).  
 
Г. Хакен и И. Пригожин делают акцент, прежде всего, на процессуальности материальных систем. 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 определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса, и, во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных 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; именно такие процессы синергетика рассматривает в качестве предмета своего изучения. Постулирование универсальности неравновесных и нелинейных процессов позволяет ей претендовать на статус общеметодологической дисциплины, сопоставимой с теорией систем и кибернетикой.  
 
По мнению ряда ученых, возникновение синергетики, возможно, знаменует начало новой научной революции, поскольку она не просто вводит новую систему понятий, но меняет стратегию научного познания, способствует выработке принципиально новой научной картины мира и ведет к новой интерпретации многих фундаментальных принципов естествознания. Суть предлагаемых изменений в стратегии научного познания, по мнению основателей новой науки, заключается в следующем. Традиционная наука в изучении мира делала акцент на замкнутых системах, обращая особое внимание на устойчивость, порядок, однородность. Все эти установки как бы характеризуют парадигмальное основание и способ подхода к изучению природных процессов традиционной науки. Синергетический подход акцентирует внимание ученых на открытых системах, неупорядоченности, неустойчивости, неравновесности, нелинейных отношениях. Это не просто дополнительный в «боровском» смысле взгляд на мир, а доминантный взгляд, который должен характеризовать науку будущего. По мнению И. При-гожина синергетический взгляд на мир ведет к революционным изменениям в нашем понимании случайности и необходимости, необратимости природных процессов, позволяет дать принципиально новое истолкование энтропии и радикально меняет наше представление о времени. Предисловие к английскому изданию книги «Порядок из хаоса» И. Пригожин публикует под заголовком «Новый диалог человека с природой».  
 
Свое понимание феномена самоорганизации И. Пригожин связывает с понятием диссипативной структуры — структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах. Классическими примерами таких структур являются такие явления, как образование сотовой структуры в подогреваемой снизу жидкости (т.н. ячейки Бена-ра), «химические часы» (реакция Белоусова — Жаботинского), турбулентное движение и т.д.  
 
В книге И. Пригожина и И.Стенгерс «Порядок из хаоса» процесс возникновения диссипативных структур объясняется следующим образом. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, ее элементы (например молекулы газа) ведут себя независимо друг от друга, как бы в состоянии гипнотического сна, и авторы работы условно называют их генами. В силу такой независимости к образованию упорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравновесное «возбужденное» состояние, ситуация меняется. Элементы такой системы «просыпаются от сна» и начинают действовать согласованно. Между ними возникают корреляции, когерентное взаимодействие. В результате и возникает то, что Пригожин называет диссипативной структурой. После своего возникновения такая структура не теряет резонансного возбуждения, которое ее и порождает, и одним из самых удивительных свойств такой структуры является ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором генерации и фактором отбора различных структурных конфигураций. Материальная система такого типа включается в процесс структурогенеза или самоорганизации. Если предполагается, что именно неравновесность является естественным состоянием всех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление к самоорганизации как имманентное свойство неравновесных процессов. Схематическое описание возникновения диссипативных структур и связанного с ними процесса структурогенеза объясняет и название дисциплины. Термин «синергетика» образован от греческого «синергиа», которое означает содействие, сотрудничество. Именно «совместное действие» или когерентное поведение элементов диссипативных структур и является тем феноменом, который характеризует процессы самоорганизации.  
 
Значение синергетического подхода к изучению природных процессов трудно переоценить. Этот 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. Именно этот вопрос в свое время пытался решить Л.Больцман с помощью своей флуктуационной гипотезы. Синергетический подход подводит конкретно-научную базу под умозрительные философские постулаты о внутренней активности материи, ее стремлении к структурной самоорганизации. Он выступает основанием для развития эволюционной концепции, или, как говорит И. Пригожин, революционной парадигмы в физике на всех уровнях описания. «Есть все основания верить, что со временем эволюционная парадигма позволит установить генетическую связь между структурными уровнями существования материальных систем, подобно тому как дарвиновская теория эволюции позволила установить такую связь между живой и неживой природой. Как замечает И. Пригожий, «жизнь при нашем подходе перестает противостоять «обычным» законам физики. Впредь физика с полным основанием может описывать структуры, как формы адаптации к внешним условиям» (Пригожий И., Стенгерс И. «Порядок из хаоса». М., 1986. С. 55). Аналогичным образом оценивает перспективу синергетического подхода Г.Хакен. Он говорит о возможности развития концепции «обобщенного дарвинизма, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир...» («Синергетика». М., 1980. С. 41).  
 
Возникновение синергетики в значительной степени стимулировало исследования в области теории происхождения жизни. Так, западный ученый М. Эйген, опираясь на исследования И. Пригожина, развил принципиально новую теорию биогенеза (см.: Эйген М., Винклер Р. «Игра жизни». М., 1979).  
 
Можно утверждать, что именно синергетика на настоящий момент является наиболее общей теорией самоорганизации. Она формулирует общие принципы самоорганизации, действительные для всех структурных уровней материи, на языке математики описывает механизмы структурогенеза, в ее рамках способность к самоорганизации выступает как атрибутивное свойство материальных систем.  
 
Один из основателей кибернетики, американский ученый Н. Винер в своей книге «Кибернетика и общество», изданной в Лондоне в 1954 году, писал: «Мы погружены в жизнь, где мир в целом подчиняется второму закону термодинамики: беспорядок увеличивается, а порядок уменьшается... В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местные и временные островки уменьшающейся энтропии, и наличие этих островков дает возможность некоторым их нас доказывать наличие прогресса» (русск. перевод, М., 1958. С. 49). «Рано или поздно мы умрем, и очень вероятно, что вся окружающая нас Вселенная, когда мир будет приведен в состояние единого громадного температурного равновесия, где не происходит ничего действительно нового, умрет в результате тепловой смерти. Не останется ничего, кроме скучного единообразия, от которого можно ожидать только небольших и незначительных местных отклонений» (там же. С. 43). Далее Н.Винер констатирует, что в нашей, небольшой части Вселенной, все же имеются отдельные процессы антиэнтропийного характера: возрастает организация, а с ней и информация, представленная в деятельности живых существ, в функционировании машин. В целом же мир, по его убеждению, обречен.  
 
Н. Винер считает правильной с научной и мировоззренческой точек зрения концепцию тепловой смерти Вселенной. Она была разработана еще в середине прошлого столетия специалистами по термодинамике В.Томпсоном и Р. Клаузиусом.  
 
В основании этой теории лежит попытка экстраполяции второго начала термодинамики или закона возрастания энтропии на всю Вселенную. Энтропия является физической величиной, характеризующей процессы превращения энергии. Согласно закону возрастания энтропии при реальных термодинамических процессах энтропия замкнутой системы возрастает. Закон возрастания энтропии определяет течение энергетических превращений: все они в замкнутых системах происходят в одном направлении. Достижение термодинамической системой состояния с максимальной энтропией соответствует достижению состояния теплового равновесия. Это означает, что в системе, предоставленной самой себе, рано или поздно происходит выравнивание температур и тепловая энергия как бы деградирует в качественном отношении. Она теряет способность превращаться в другие формы энергии.  
 
Распространение действия второго начала термодинамики на всю Вселенную ведет к выводу, что со временем все виды энергии перейдут в тепловую, а последняя, в силу выравнивания температур, потеряет способность превращаться в другие виды энергии и Вселенная придет в состояние теплового равновесия, выход из которого естественным путем невозможен. Наступление состояния теплового равновесия будет означать тепловую смерть Вселенной. Теория тепловой смерти Вселенной не отрицает количественного сохранения энергии, но отрицает качественную неуничтожимость энергии и движения.  
 
При всей своей внешней логичности и ссылках на фундаментальные законы физики теория тепловой смерти ведет к парадоксальным выводам. Вселенная существует бесконечно долгое время и в принципе должна бы уже давно достигнуть состояния теплового равновесия. Однако мы наблюдаем в мире существование многообразия видов энергии и движения, что с точки зрения сторонников теории тепловой смерти Вселенной является необъяснимым фактом. Выход может быть предложен двоякий: можно допустить, что наша Вселенная либо существует конечное время, недостаточное для достижения состояния теплового равновесия, либо она много раз достигала такого состояния, но некоторая, пока неизвестная науке сила, время от времени выводила из него Вселенную. Оба эти предположения ведут к идее сотворения мира или вмешательства в ход физических процессов сверхъестественных сил.  
 
Современная наука накопила много данных, свидетельствующих о несостоятельности этой концепции с естественнонаучной точки зрения.  
 
Прежде чем подвергать критике теорию тепловой смерти Вселенной с позиций естествознания, следует напомнить, что, хотя сторонники этой теории апеллируют ко второму началу термодинамики, недопустимо отождествлять теорию тепловой смерти Вселенной с законом возрастания энтропии. Закон возрастания энтропии — хорошо обоснованный закон физики и критике не подлежит. Теория же тепловой смерти Вселенной — мировоззренческая концепция, которая базируется не столько на втором начале, сколько на попытке его экстраполяции на всю Вселенную, что предполагает ряд произвольных допущений о структуре Вселенной. Естественнонаучная критика этой теории направлена не против самого второго начала термодинамики, а против правомерности его экстраполяции на всю Вселенную.  
 
В настоящее время естественнонаучная критика теории тепловой смерти Вселенной опирается на несколько доводов. Второе начало термодинамики было сформулировано для замкнутых изолированных систем. Кроме того, статистическая трактовка закона возрастания энтропии обязательно предполагает, что система должна состоять из сколь угодно большого, но конечного числа частиц. Только при этих условиях можно говорить о возрастании энтропии как переходе от менее вероятных к более вероятным состояниям системы. Но Вселенная не является изолированной системой, и она состоит из бесконечного числа частиц. Последнее означает, что все состояния в ней одинаково равновероятны и понятие термодинамического равновесия для ее характеристики оказывается неприменимым. Отсюда следует, что в основе рассматриваемой теории лежит неправомерная экстраполяция второго начала термодинамики с конечных замкнутых систем на бесконечную Вселенную.  
 
По мнению многих ученых, решающий довод против теории тепловой смерти Вселенной следует из релятивистской термодинамики, которая учитывает действие во Вселенной гравитационных полей. Гравитационные поля имеют переменный характер, зависят от координат и времени и выступают в качестве внешних условий протекания во Вселенной термодинамических процессов. Термодинамическая система достигает состояния термодинамического равновесия, только если она находится в стационарных (не зависящих от времени) условиях. В силу наличия внешних нестационарных условий, в качестве которых выступают гравитационные поля, возрастание энтропии во Вселенной не ведет к достижению ее термодинамического равновесия. В свете данных релятивистской термодинамики теория тепловой смерти Вселенной теряет доказательный характер и обнаруживает свою несостоятельность.  
 
Разрабатываемая в наше время концепция самоорганизации (синергетика) также убеждает нас в наличии природных сил антиэнтропийного характера.  
 
Материя неуничтожима и в количественном, и в качественном отношениях. Все те формы движения и уровни структурной организации материи, которые уже известны (а наука, несомненно, обнаружит еще новые), заключены в самой материи, внутренне ей присущи, связаны между собой и способны при определенных условиях переходить друг в друга. Материя неотрывна от движения, от разнообразия, от самоорганизации.  
 
§ 2. Системность. Уровни структурной организации  
 
Подобно движению, пространству, времени, отражению системность представляет собой всеобщее, неотъемлемое свойство материи, ее атрибут. Будучи характерной чертой материальной действительности, системность фиксирует преобладание в мире организованности над хаотичными изменениями. Последние не отделены резко от оформленных образований, но включены в них и подчиняются в конечном счете действию электромагнитных, гравитационных, других материальных сил, действию частных и общих законов. Неоформленность изменений в одном каком-либо отношении оказывается упорядоченностью в другом. Организованность присуща материи в любых ее пространственно-временных масштабах.  
 
В последнее десятилетие в связи с изменением представлений астрофизики о галактиках, их отношениях с окружением стал интенсивно обсуждаться вопрос о крупномасштабной структуре Вселенной. Выдвинуто предположение, что «единственное и наиболее важное утверждение, касающееся крупномасштабной структуры Вселенной, состоит в том, что в наибольших масштабах — 1000 Мпс (мегапарсек. — П.А.) или больше — вообще отсутствует какая-либо структура... С другой стороны, в масштабах меньше 50 — 100 Мпс существует большое разнообразие структур. Это скопления и сверхскопления галактик» («Крупномасштабная структура Вселенной». М., 1981. С. 452). Такая идея встречает справедливые возражения. По-видимому, надо уточнить понятия, и прежде всего понятие структуры. Если иметь в виду только некоторые структуры макромира или микромира, то, быть может, мегамир и «бесструктурен».  
 
Структурность — это внутренняя расчлененность материального бытия. И сколь бы широк ни был диапазон мировидения науки, он постоянно связан с обнаружнием все новых и новых структурных образований. Если раньше взгляд на Вселенную замыкался галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Мегага-лактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями. Представление о структурности шаг-нуло до масштабов, превышающих 10 см, т.е. до 20 миллиардов световых лет. Речь идет не о спекулятивно сконструированной структурности (как в случае с гипотезой «бесструктурной Вселенной»), а о системности Вселенной, устанавливаемой средствами современной астрофизики. Да и самые общие соображения указывают на необоснованность отмеченной гипотезы: отказывая большему в структурности, невозможно принимать структурность меньшего; следствием должно быть утверждение и об отсутствии структуры части той же Вселенной, чего пытается избежать данная гипотеза. Возможна также разная степень структурированности каких-то сфер и масштабов Вселенной и принятие за «бесструктурность» слабо выраженной структурности относительно высокоразвитых структурных образований. Философские соображения и частнонаучные данные говорят в пользу положения о том, что в целом неорганическая природа есть самоорганизующаяся система, состоящая из развивающихся и взаимосвязанных систем различного уровня организации, не имеющая начала и конца.  
 
Материя бесконечна структурно и в масштабах микромира. Ныне все больше подтверждений получает кварковая модель структуры ад-ронов, что ведет к преодолению представления о бесструктурности элементарных частиц (протонов, нейтронов, гиперонов и др.).  
 
Это не означает, что структурную бесконечность материи нужно понимать как бесконечную делимость вещества. Современная физика подошла к такому рубежу, когда выявляются новые возможности в трактовке вопроса. Академик М.А. Марков, например, отмечает трудность, связанную с дальнейшей экстраполяцией понятия «состоит из...» на микромир. Если частица малой массы, пишет он, заключена в очень малом объеме, то, по соотношению неточностей Гейзенберга, ее кинетическая энергия возрастает с уменьшением этой области таким образом, что с неограниченным уменьшением этой области кинетическая энергия частицы и, следовательно, ее полная масса стремятся к бесконечности. Таким образом, оказывается, нельзя построить бесконечно «мелкую» структуру данного объекта данной массы, пытаясь строить его механически из частиц меньших масс, занимающих все меньшие объемы в структуре данного объема. Возникла идея строить частицы из более фундаментальных частиц, обладающих большими массами. Уменьшение массы результирующей системы возникает за счет сильного взаимодействия тяжелых частиц, составляющих систему. На этой основе — построение П-мезонов из более тяжелых нуклонов и антинуклонов, нуклонов — из частиц еще больших по массе — кварков (см.: Марков М.А. «О природе материи» М., 1976. С. 136 — 141). И в этой новой ситуации, как видим, материя не перестает быть структурно организованной.  
 
Материя во всех своих масштабах обладает формообразующей активностью. Бесструктурной материи нет.  
 
Рассмотрим теперь конкретней общую организацию материи. Это предполагает, что формы движения материи и ее виды (или состояния) уже известны.  
 
Со спецификой основных видов материи — вещества и поля (к неосновным видам относятся антивещество и антиполе) и с диалектикой их взаимосвязи можно познакомиться по имеющимся учебным пособиям (см., например: «Философские проблемы естествознания» М., 1985. С. 187 — 189). Отмечается, что вещество способно переходить в иные виды материи, причем эти иные виды в свою очередь переходят в вещество и уже своим наличием обеспечивают его существование как вида материи, наиболее важного для философии и практической деятельности человека, поскольку именно через вещественно-телесную организацию индивид чувственно воспринимает реальный мир и поскольку вещественными образованиями являются не только порождающий сознание мозг человека, но и его органы чувств. В вещественной области происходят его практические действия, его контакты с окружающей средой.  
 
В науке широко используется представление о структурных уровнях материи, конкретизирующих формы движения и виды материи.  
 
Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами. Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки: пространственно-временные масштабы (элементарные частицы имеют размеры 10 (-14 степени) см, атомы — 10 (-8 степени), молекулы — 10 (-7 степени) см и т.п.); совокупность важнейших свойств и законов изменения; степень относительной сложности, возникшей в процессе исторического развития материи в данной области мира.  
 
Неорганическая природа предстает как имеющая такую последовательность структурных уровней: субмикроэлементарный — микроэлементарный (уровень элементарных частиц и полевых взаимодействий) — ядерный — атомарный — молекулярный — уровень макроскопических тел различной величины (здесь имеется ряд специфических подуровней) — планеты — звездно-планетные комплексы — галактики — метагалактики...  
 
Живая природа также структурирована. В ней выделяются уровни: биологических макромолекул — клеточный уровень — микроорганиз-менный — органов и тканей — организма в целом — популяционный — биопенозный — биосферный. Общая основа жизни — органический метаболизм (обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой) — специфицируется в каждом из выделенных уровней. Как отмечают М.М. Камшилов и А.И. Филюков, на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений; на уровне экосистемы (биоценоза) он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам; на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участии факторов космического масштаба.  
 
Социальная действительность в структурном аспекте представлена уровнями: индивидов — семьи — различных коллективов (прежде всего производственных) — социальных групп — классов — национальностей и наций — государств и системы государств — общества в целом. Структурные уровни социальной действительности находятся в неоднозначно-линейных связях между собой (пример — уровень наций и уровень государств). Переплетение разных уровней в рамках общества порождает представление о господстве случайности и хаотичности в социальной действительности. Но внимательный анализ обнаруживает наличие в нем фундаментальной структурности — главных сфер общественной жизни, каковыми являются материально-производственная, социальная, политическая и духовная сферы, имеющие свои законы и свои структуры. Все они определенным образом субординированы в составе общественно-экономической формации. Эти формации структурированы, в том числе в плане изменений, обусловливая генетическое единство общественного развития в целом.  
 
Таким образом, каждая из трех областей материальной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся не в беспорядочном их «наборе» в составе той или иной области действительности, но в определенной связи, упорядоченности. Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением многообразия факторов, обеспечивающих целостность систем (в неживой природе — ядерные, электромагнитные и другие силы, в обществе — производственные отношения, политические, национальные и др.). Внутри каждого из структурных уровней материи существуют отношения субординации: молекулярный уровень включает в себя атомарный (но не наоборот); организменный — тканевый, клеточный; уровень общества — уровни, представленные классами, нациями, иными социальными уровнями. Закономерности новых уровней специфичны, несводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня структурной организации материи.  
 
Структурное многообразие, т. е. системность, является способом существования материи.