Основы кибернетики и синергетики

Исследуя эволюцию этих научных направлений, мы выявили в ней определенную тенденцию - тенденцию смены теоретических моделей образов порядка. Первая модель равновесного классического порядка (где доминирующими атрибутами упорядочения выступают устойчивость, стационарные состояния, гомеостаз, предсказуемость) представлена в классической социологии, классической кибернетике и системном подходе. Вторая модель неравновесного (неклассического) порядка, где доминирующими атрибутами упорядочения являются неустойчивость, изменчивость, непредсказуемость, связана с появлением более поздних концепций энтропийно-информационного подхода, кибернетики второго порядка, теории социальной энтропии, новейшиих системных теорий.

Однако в результате перечисленных теоретических разработок сложились крайне противоречивые, порой взаимоисключающие представления о характере порядка в сложных системах и о роли хаоса в процессе порядкообразования. Назовем лишь несколько вопросов, которые возникают при знакомстве с различными позициями:

Что является условием формирования порядка - открытость системы потоку внешних воздействий (флуктуации как проявлений хаоса) или, наоборот, умение системы эти воздействия (флуктуации) подавлять, бороться с ними. избавляя себя от изменений и потрясений?

Является ли однородность элементов системы, в том числе социальной, атрибутом порядка или таковая ведет к дезорганизации и хаосу (как это следует из термодинамики)? И может быть, в таком случае структурное разнообразие есть гарант устойчивости и, следовательно, более сложного и надежного порядка?

Можно ли отождествить порядок с устойчивостью (гомеостазом) системы или динамические изменения ее структуры есть залог ее жизнедеятельности? Достаточно ли для решения этого вопроса введения системного понятия текущего равновесия, которое фиксирует сохранение постоянства системы в процессе непрерывного обмена и движения составляющих ее элементов?

Если интуитивно образ порядка связан с такими характеристиками, как симметрия и однородность элементов системы, то почему процесс порядкообразования описывается как нарушение симметрии и установление неоднородности?

Почему и при каких условиях в ходе процесса упорядочения происходит своего рода "переключение режимов": нелинейная система начинает вести себя как линейная или, например, в открытых системах начинают происходить процессы, сходные с процессами внутри закрытых систем, связанные с возрастанием энтропии (ростом хаоса)?

Где границы устойчивости в зоне неустойчивости и что может быть определено для системы как критическое состояние и, следовательно, где границы управляемости системой, предсказуемости ее поведения, что имеет особое значение для социальных систем?

Эти и другие вопросы - не просто плод поиска вдумчивым читателем логических противоречий в литературе по проблемам порядка и хаоса, они знаменуют собой необходимость и преддверие глобального методологического синтеза в этой исследовательской области - синтеза, способного примирить данные логические противоречия в рамках единой, целостной объяснительной модели.

Такую модель мы находим в синергетике - молодом научном направлении, представляющем междисциплинарную универсальную теорию самоорганизации процессов самой различной природы. Возникшая на стыке физики, химии, биологии, астрофизики и других естественных наук и вобравшая в себя общенаучные системные идеи, синергетическая модель самоорганизации является на сегодняшний день наиболее обобщающей и наиболее эвристически плодотворной объяснительной моделью, описывающей взаимопереходы порядка и хаоса в эволюции систем, в том числе и социальны.

9. СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД совокупность принципов, основой которой является рассмотрение объектов как самоорганизующихся систем (подробная характеристика синергетики, в рамках которой разработаны принципы синергетического подхода к  исследованию объектов.

Точка бифуркации- Под влиянием поступающих в систему ресурсов (вещество, энергия, информация) и складывающихся внешних условий в ней медленно накапливаются количественные изменения, ситуация постепенно обостряется: между ее отдельными элементами рвутся старые связи и возникают новые, разрушаются некоторые старые элементы и зарождаются новые. Происходящие изменения иногда бывают столь масштабны и значительны, что система может оказаться в неустойчивом состоянии. Этот поворотный момент в ее жизни называют точкой бифуркации Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Термином "катастрофа" в концепциях самоорганизации называют качественные, скачкообразные, внезапные ("гладкие") изменения, скачки в развитии. Поведение всех самоорганизующихся систем в точках бифуркации имеет общие закономерности, многие из которых уже раскрыты концепциями самоорганизации.

10. Любое синергетической исследование начинается с описания состояния системы, - иными словами ее параметров или переменных состояний. Их полный набор определяет состояние системы.

Говоря о состоянии системы, нельзя не упомянуть о случайных событиях. Они подразделяются на два типа: события остающиеся случайными при любом уровне знаний (например, невозможно предсказать, в какой момент времени произойдет распад радиоактивного атома) и события случайность которых связана с полнотой знаний, т.е. с уровнем описания (таковы флуктуации плотности в жидкостях, газах, твердых телах или флуктуации электрического тока в металлах и полупроводниках)

Случайность в обыденном смысле есть проявление хаоса. Это нечто непредвиденное, беспричинное, бессмысленное. В современной науке случайное превратилось в отвечающую всем научным стандартам, строго и полно определенную форму порядка. Создать работающие модели многих явлений удалось только после кардинального изменения подхода к случайному.

Путь развития сложной системы всегда неединственный. Можно вмешаться в нужный момент в ход событий и изменить его. Таким образом, будущее также, оказывается, имеет неединственный вариант. В данном случае ответ синергетики состоит в том, что во множестве случаев происходит самоорганизация, связанная с выделением так называемых параметров порядка.

11. Цель синергетики – выявление нелинейной методологии, то есть общих идей, общих методов и общих закономерностей в самых разных областях естествознания и социологии, в том числе в создании и развитии организационных систем.

Проблема неустойчивой нелинейной динамики развития систем выходит на первый план в новых научных направлениях - системном анализе, синергетике, теории хаоса, теории катастроф.

Во-первых, синергетика направляет внимание исследователя не на существующие явления, а на вновь возникающие. Ей интересны моменты возникновения из хаоса порядка, для этого она исследует несколько типов хаоса (равновесный, динамический, неравномерный, турбулентный и статистический хаос).

Именно в нестабильном, неравновесном состоянии синергетика обнаружила, что «малые воздействия могут привести к большим следствиям».

В современных условиях развития социально-экономических систем на первый план выходит проблема неустойчивой нелинейной динамики. Нелинейная методология (теория хаоса, теория катастроф, синергетика, теория кризисных ситуаций) претендует на раскрытие механизма инновационной экономики, поскольку развитие за счет качественных (структурных) факторов связано именно с неравновесием системы, с движением ее скачками, хаотично.

12. Синергетика – наука о самоорганизации 

Подчеркивая высокую роль коллективного поведения подсистем в образовании систем, немецкий физик Герман Хакен ввел для процессов самоорганизации обобщающее название «синергетика», которое переводится на русский язык как «сотрудничество, совместное действие» . Синергетика сегодня – это наука, изучающая системы, состоящие из многих подсистем самой различной природы; наука о самоорганизации простых систем и превращении хаоса в порядок.

Теория самоорганизации имеет давние истоки. В древнекитайской философии существовал принцип «ли» – принцип естественного порядка. Возможно, это был первый принцип теории самоорганизации. В христианской религии слияние человека и Бога в молитве определяют как синергию. В социологии синергия означает совместный труд во всех областях человеческой деятельности.

 

 Широкое распространение явление синергизма получило в естественных науках. Как синергетики (материалы, взаимно усиливающие действия) действуют тяжелые металлы – свинец и кадмий. В физиологии хорошо известны мышцы-синергисты. Например, при движении согласованно действуют сгибательные и разгибательные мышцы. Синергетика рассматривает процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых разнообразных структур живой и неживой природы, социальных и технических систем. Синергетика активно проникла в мир компьютеров, возникло понятие «синергетические компьютеры», которые ориентированы на активацию элементов. Появилось представление о синергетической информации, отражающей коллективные свойства системы. Синергетика успешно исследует самоорганизацию земных оболочек. Так, например, мы являемся свидетелями становления Интернета, осуществляющегося посредством самоорганизации.

В настоящее время в синергетике можно выделить различные направления и подходы. Сегодня синергетика начинает активно использоваться при анализе явлений культуры, в социологии и политологии. Однако в данном случае можно только рассмотреть возможные пути развития, а какой путь выберет система предсказать невозможно, потому что это зависит от множества случайных факторов.

Синергетический подход дает возможность моделировать развитие науки и коммуникационных сетей, демографические кризисы и развитие человечества. Этот подход позволяет понять причины эволюционных кризисов, угрозы катастроф, надежности прогнозов и т. д.  

Примеры самоорганизации в живой и неживой природе

Процессы самоорганизации постоянно происходят как в живой, так и в неживой природе. Рассмотрим некоторые примеры самоорганизации из хаоса упорядоченной структуры. Хорошо известно в гидродинамике явление, которое называется ячейками Бенара. Образование подобных ячеек было обнаружено в 1900 г. физиком Х. Бенаром. Он наливал в широкий сосуд ртуть и подогревал его снизу. Когда разность температур верхнего и нижнего слоев жидкости достигала некоторого значения, верхний слой быстро структурировался в виде шестигранных призм с определенным соотношением между длиной стороны и высотой с направленным движением жидкости по кругу. В центральной части такой призмы жидкость поднималась вверх, а по граням – опускалась. По поверхности жидкость растекалась от центра к краям, а в придонном слое – к центру. Создавалось впечатление, что каждая молекула ртути «знает», что делают остальные и участвует в коллективном движении. На фотографии структура напоминала пчелиные соты.

Другим примером самоорганизации является переход лазера в режим генерации. Лазер – это квантовый генератор электромагнитного излучения. Активной средой рубинового лазера является кристалл розового рубина. В кристалле имеются активные атомы, возбужденные накачкой от внешнего источника, которые испускают цуг волн. До тех пор пока  мощность накачки мала, световые цуги испускаются независимо друг от друга и лазер работает как обычная лампа (испускает некогерентный свет). Начиная с некоторого (порогового) значения мощности накачки, все атомы начинают испускать свет в одной фазе, возникает когерентное излучение высокой интенсивности. Переход лазера в режим генерации соответствует образованию ячеек Бенара. В этом случае также имеет место кооперативное поведение атомов и излучения. До недавнего времени проблема эволюции жизни оставалась чисто биологической, так как еще в XIX веке эволюция в неживых системах понималась физиками иначе, чем в биологии. Обращаясь с системами закрытого типа, теплофизика считала, что их самопроизвольное изменение, то есть эволюция, протекает путем дезорганизации и разрушения систем. При этом доля свободной энергии, способной к совершению работы, в системе убывает, а энтропия системы - деградированная, отработанная энергия - растет и стремится к максимальному значению.

Этот закон был сформулирован как второе начало термодинамики. Однако оказалось, что реальные системы в природе являются открытыми. Это означает, что они обмениваются с внешней средой веществом, энергией и информацией. При поглощении внешней энергии в них возникают процессы самоорганизации, усложнения материи, но при этом происходит диссипация (рассеяние) использованной энергии, которая становится непригодной к производству работы. Можно сказать, что открытая развивающаяся система производит энтропию, но не накапливает ее, а рассеивает во внешнюю среду. Таким образом, интерес ученых сместился к изучению открытых диссипативных систем и принципов их взаимодействия с внешней средой, так как в этом взаимодействии и виделся ключ к пониманию универсальных законов эволюции.

Диссипативные системы - способные к поглощению и диссипации энергии и поддерживающие за этот счет свою собственную структуру и самоорганизацию - существуют на разный уровнях организации материи. Мы уже видели это на примере жизнедеятельности элементарной живой системы - клетки. За счет солнечной энергии или энергии экзотермических химических реакций клетка строит из простых неорганических веществ сложные органические вещества, поддерживает свою целостность и развитие, тем самым противодействуя росту энтропии.

Список  литературы:

1. Интервью с профессором Г. Хакеном // Вопросы философии. 2000. № 3.

2. Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Логос, 2001.

3. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979.

4. Философский словарь. Справочник студента / Кириленко Г.Г., Шевцов Е.В. – М.: Филологическое общество «Слово»: ООО «Издательство Аст», 2002.

5. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980.