Атомистические представления древних философов в механистической картине мира. Г.Хакен, И.Пригожин – создатели синергетики

Неравновесная термодинамика Пригожина использует для доказательства существования «стрелы времени» скачок — процесс скачка невозможно повернуть назад. После перехода через точку бифуркации система качественно преобразуется. Таким образом, законы неравновесной термодинамики с неизбежностью говорят о необратимости времени. Ведь скачок в точке бифуркации всегда случаен, определяется уникальным сочетанием множества факторов, воссоздать которые вновь (если бы мы захотели повернуть процесс вспять) практически невозможно.

Феномен бифуркации также заставляет по-новому взглянуть на соотношение случайного и закономерного в развитии систем и в природе в целом. Если в фазе эволюции ход процессов закономерен и жестко детерминирован, то скачок всегда происходит случайным образом, и поэтому именно случайность определяет последующий закономерный эволюционный этап вплоть до следующего скачка в новой критической точке.

В том, что точки бифуркации — это не абстракция, имеет возможность убедиться каждый человек. Ведь человек и его жизнь тоже являются сложной открытой неравновесной системой. У каждого из нас периодически возникают ситуации, когда мы стоим перед выбором своего дальнейшего жизненного пути. И очень часто наш выбор определяется случайным стечением обстоятельств. Например, человек собирался уехать учиться в другой город, но заболел и остался дома, поэтому пошел учиться совсем в другое место. Этот случайный выбор определил его последующий жизненный путь — выбор работы, знакомство с друзьями, будущим спутником жизни и т.д.

Системный подход и глобальный эволюционизм являются важнейшими составными частями современной научной картины мира. Она выглядит следующим образом. Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых протекает по единому алгоритму. В основе этого алгоритма заложена присущая материи способность к самоорганизации, проявляющаяся в критических точках системы. Самая крупная из известных человеку систем — это развивающаяся Вселенная. Вся ее история — от Большого взрыва до возникновения человека — предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. При этом весь мир представляет собой единое целое, иерархически организованную систему. Это и есть идея глобального эволюционизма.

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:

1. 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.
2. 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.).

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, то есть — 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, далёких 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.

Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом:

1. Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции.
2. Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия сколь угодно сложная система обладает максимальной энтропией и не способна к какой-либо самоорганизации. В положении, близком к равновесию и без достаточного притока энергии извне, любая система со временем ещё более приблизится к равновесию и перестанет изменять своё состояние.
3. Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.
4. Самоорганизация, имеющая своим исходом образование через этап хаоса нового порядка или новых структур, может произойти лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих флуктуаций. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации. Недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации ни, тем более, к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.
5. Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями. Функционирование динамически стабильных, неэволюционирующих, но адаптивных систем — а это и гомеостаз в живых организмах и автоматические устройства — основывается на получении обратных сигналов от рецепторов или датчиков относительно положения системы и последующей корректировки этого положения к исходному состоянию исполнительными механизмами. В самоорганизующейся, в эволюционирующей системе возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются вследствие общей положительной реактивности системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы. Таковы, к примеру, механизмы фазовых переходов вещества или образования новых социальных формаций.
6. Самоорганизация в сложных системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых уровней организации материи сопровождаются нарушением симметрии. При описании эволюционных процессов необходимо отказаться от симметрии времени, характерной для полностью детерминированных и обратимых процессов в классической механике. Самоорганизация в сложных и открытых — диссипативных системах, к которым относится и жизнь, и разум, приводят к необратимому разрушению старых и к возникновению новых структур и систем, что наряду с явлением неубывания энтропии в закрытых системах обуславливает наличие «стрелы времени» в Природе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важно отметить значение атомистической теории с точки зрения эволюции науки. Несмотря на то, что атомистическое учение, как оно сложилось в V в. до н.э., не могло дать удовлетворительного объяснения движения, значение его для науки трудно переоценить. Это была первая в истории мысли теоретическая программа, последовательно и продуманно выдвигавшая методологический принцип, требовавший объяснить целое как сумму отдельных составляющих его частей ― индивидуумов. «Индивидуум» («неделимый») - буквальный перевод на латинский язык греческого слова «атом». Объяснять структуру целого, исходя из формы, порядка и положения составляющих это целое индивидуумов, ― такая программа легла в основу целого ряда не только физических теорий древности и нового времени, но и многих психологических и социологических доктрин. Атомисты разработали метод, который мог быть применен ― и неоднократно применялся ― ко всем возможным областям как природного, так и человеческого бытия. Этот метод можно назвать механистическим: механическое соединение индивидуумов должно объяснить сущность природных процессов. Только будучи последовательно продуман и последовательно проведен, этот метод позволяет выявить как свою эвристическую силу, так и свои границы.

Представления, развитые атомистами, позволили объяснить множество явлений природы, не случайно они вошли в золотой фонд физики.

Синергетика как научное направление исследований является востребованной обществом. Значительное количество результатов исследований в разных областях знания соотносится исследователями с синергетикой. Контекст синергетики дает возможность плодотворно взаимодействовать ученым разных специализаций на языке системного осмысления и поиска новых решений. Приведенные определения синергетики, полученные преемственным образом, могут конструктивно применяться при решении конкретных задач. Несомненно - синергетика полноценно «работает» сегодня как категория научного знания.

Глоссарий

АНАЛИЗ — метод научного познания, мысленное или реальное расчленение предмета на составляющие его части и их раздельное изучение.

АНАЛОГИЯ — метод научного познания, перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым по каким-то существенным свойствам объект.

АСИММЕТРИЯ — состояние отсутствия симметрии.

АТОМ — мельчайшая неделимая частица вещества (в классическом понимании); сложная квантово-механическая система, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов (в современном понимании).

АТОМИЗМ — точка зрения, в соответствии с которой весь мир, включая человека, понимается как совокупность огромного числа неделимых частиц — атомов.

БИФУРКАЦИЯ — термин происходит от лат. bifurcus — «раздвоенный» и употребляется в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят.

ВАКУУМ — реальная физическая система, пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме.

ВЕЩЕСТВО — в классической физике вид материи, имеющий массу покоя.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — развертывающийся во времени и в пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.

ДИССИПАТИВНОСТЬ — это особое динамическое состояние, когда из-за процессов, протекающих с элементами неравновесной системы, на уровне всей системы проявляются качественно новые свойства и процессы.

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ — наука о Природе как единой целостности; комплекс отдельных наук о природе, тесно взаимосвязанных между собой.

ИМПУЛЬС — физическое понятие, характеризующее количество движения.

СИНЕРГЕТИКА (кооперативность, сотрудничество) — наука о самоорганизации простых систем, превращении хаоса в порядок.

СИНТЕЗ — метод научного познания, соединение разрозненных элементов предмета в единое целое и познание этого целого в единстве и взаимной связи его частей.

СИСТЕМА — внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД — представление о мире как о совокупности разноуровневых систем, связанных отношениями иерархической соподчиненности.

СКАЧОК — крайне нелинейный процесс, при котором даже малые изменения управляющих параметров системы вызывают ее переход в новое качество.

СОЗНАНИЕ — свойство высокоорганизованной материи отражать объективные свойства предметов и явлений окружающегомира, планировать свои действия и оценивать полученные результаты; часть психики, которая может произвольно направляться на определенный реальный или идеальный объект, возбуждаться или тормозиться самим субъектом. В сознании выделяют процессы внимания, восприятия и переработки информации, память, мышление, а также моменты творчества.

Спиок литературы

1. Гайденко П. П. Эволюция понятия науки. Становление и развитие первых научных программ. — М.: Либроком, 2010 г – 148 с.
2. Грин Б.Р. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории: Пер. с англ. / Под ред. В.О.Малышенко. Изд. 2-е. — М.: Едиториал УРСС, 2005 г — 288 с
3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов вузов - 9-е изд., стер.- Издательский центр «Академия», 2011 г - 608 с.
4. Концепции современного естествознания: учебник / под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова -  Изд.: Юнити-Дана, 2012 г – 319 с.
5. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания Учебник.- Проспект, ТК Велби, 2013 г- 264 с.
6. Романов В.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие. – М.: Инфа-М, 2013 г – 160 с.
7. Философия: Учебник для вузов / Под общ. ред. В. В. Миронова. — М.: Норма, 2005 г — 928 с.
8. Философия. Учебник. Под ред. А.Ф. Зотова, В.В. Миронова, А.В. Разина. 6-е изд., перераб. и доп. Гриф УМО по классич. университетскому образованию – Изд.: Проспект, 2011 г - 672 с