Синергетика - наука 21 века

     Таким образом, синергетика находится  целиком в русле традиционной диалектики, ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные, отрицания отрицания и т.п.

     Исторический  процесс развития любых типов систем предстает перед нами в виде чередования «спокойных» этапов изменения количественных свойств и «революционных» этапов качественного усложнения структуры, самоорганизации, поднимающей системы вверх по оси сложности. Синергетика вплотную подошла к научному описанию таких явлений, как происхождение жизни, происхождение видов, возникновение и развитие сознания.

4. Синергетический процесс с социальной точки зрения

     Говоря  о развитии систем в историческом плане, мы невольно смотрим на них  с позиции Господа Бога. Ученые также, как правило, в качестве исследователей занимают позицию Всевышнего. И системы и их составляющие – всего лишь объекты рассмотрения. И с этой позиции выражение «системы меняют свои свойства так, чтобы…» имеет право на существование.

     Однако  не следует забывать, что изменение  параметров технических, человеко-машинных, или социальных систем – это всегда работа конкретных людей: инженеров, менеджеров, технологов, администраторов, бизнесменов. История социальной системы – это ведь наша с вами жизнь, полная радости и страданий, свершений и трагедий. То, что исследователю или Всевышнему представляется скачком, быстрым переходом на новый уровень, бифуркацией состояния, для конкретных личностей может составлятm целый этап жизни (если не всю ее).

     Синергетический процесс самоорганизации материи  это (с точки зрения Господа) бесконечное чередование этапов «спокойной» адаптации и «революционных» перерождений, выводящих системы на новые ступени совершенства.

     Но  в тоже время (спускаемся с небес на грешную землю!), синергетический процесс самоорганизации материи это бесконечное чередование этапов «спокойной» инженерной, управленческой, организационной работы, адаптирующей существующие объекты к изменениям среды, и неординарных идей, новаторских решений, изобретений и «революционных» реорганизаций, выводящих системы на совершенно новые ступени совершенства. Именно на этих этапах человек, нашедший неординарное решение, практически реализует бифуркацию состояния конкретной системы.

     Что такое «адаптационный этап» с нашей земной точки зрения? С точки зрения, так сказать, элементика, находящегося внутри системы. Мы все время занимаемся оптимизацией: инженер «шлифует» конструкцию изделия, управляющий добивается лучшей работы коллектива, бизнесмен - повышения рентабельности фирмы.

     Что означает «катастрофный этап»? Это  означает, что наступает наш звездный час: инженер изобретает новую конструкцию, управленец проводит коренную реорганизацию, бизнесмен открывает новое дело. Очевидно, что такие решения составляют наиболее эффективную форму человеческой деятельности. Умение, во-первых, в любой ситуации увидеть суть дела, во-вторых, вовремя заметить проблему, то есть не пропустить момент, когда обстоятельства требуют ломки привычных представлений, и, в-третьих, найти одно или несколько красивых решений, отличает людей, добивающихся успеха в любом деле.

     Бифуркация  состояния социальных и человекомашинных систем таким образом есть не только объективный факт, но и продукт мыслительной деятельности конкретных личностей.

     Итак, история любой системы есть чередование  эволюционных этапов, когда специалисты  могут применять полученные ими  знания, и этапов бифуркационного  развития, когда находится человек, способный к неординарному мышлению, новаторству, изобретательству.

     И если законы синергетического развития универсальны, то можно предположить, что в основе неординарных творческих способностей гениальных личностей лежат как раз эти законы.

5. Подходы к анализу систем

     Нужно сказать, что изучением систем, состоящих  из большого числа частей, взаимодействующих между собой тем или иным способом, занимались и продолжают заниматься многие науки. Одни из них предпочитают подразделять систему на части, чтобы затем, изучая разъятые детали, пытаться строить более или менее правдоподобные гипотезы о структуре или функционировании системы как целого. Другие изучают систему как единое целое, предавая забвению тонко настроенное взаимодействие частей. И тот, и другой подходы обладают своими преимуществами и недостатками.

     Синергетика наводит мост через брешь, разделяющую первый, редукционистский, подход от второго, холистического. К тому же в синергетике, своего рода соединительном звене между этими двумя экстремистскими подходами, рассмотрение происходит на промежуточном, мезоскопическом уровне, и макроскопические проявления процессов, происходящих на микроскопическом уровне, возникают "сами собой", вследствие самоорганизации, без руководящей и направляющей "руки", действующей извне системы.

     Это обстоятельство имеет настолько  существенное значение, что синергетику можно было бы определить как науку о самоорганизации.

     Редукционистский  подход с его основным акцентом на деталях сопряжен с необходимостью обработки информации о подсистемах, их структуре, функционирования и взаимодействии в объемах зачастую непосильных для наблюдателя, даже вооруженного сверхсовременной вычислительной техникой. Сжатие информации до разумных пределов осуществляется различными способами. Один из них используется в статистической физике и заключается в отказе от излишней детализации описания и в переходе от индивидуальных характеристик отдельных частей к усредненным тем или иным способом характеристикам системы. Импульс, получаемый стенкой сосуда при ударе о нее отдельной частицы газа, заменяется усредненным эффектом от ударов большого числа частиц - давлением. Вместо отдельных составляющих системы статистическая физика рассматривает множества (ансамбли) составляющих, вместо действия, производимого индивидуальной подсистемой, - коллективные эффекты, производимые ансамблем подсистем.

     Синергетика подходит к решению проблемы сжатия информации с другой стороны. Вместо большого числа факторов, от которых  зависит состояние системы (так  называемых компонент вектора состояния) синергетика рассматривает немногочисленные параметры порядка, от которых зависят компоненты вектора состояния системы и которые, в свою очередь, влияют на параметры порядка.

     В переходе от компонент вектора состояния  к немногочисленным параметрам порядка  заключен смысл одного из основополагающих принципов синергетики - так называемого принципа подчинения (компонент вектора состояния параметрам порядка). Обратная зависимость параметров порядка от компонент вектора состояния приводит к возникновению того, что принято называть круговой причинностью. 

4. Характеристики  самоорганизующихся систем

     Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики  Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы  называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную и функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру и функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки». Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присуще природе,- систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

     Основные  свойства самоорганизующихся систем, по мнению Г. Хакена являются:

       1) исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнообразных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом;

     2) системы являются нелинейными;

     3) речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия;

     4)системы  нестабильны;

     5)в  них происходят качественные  изменения;

     6)в  этих системах обнаруживаются  эмерджентные (т.е. вновь возникшие)  новые качества;

     7)системы  подвержены внешним и внутренним колебаниям;

     8)возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры;

     9)структуры  могут быть упорядоченными или  хаотичными;

     10)во  многих случаях возможна математизация

     Рассмотрим  основные из этих свойств: открытость, линейность и диссипативность. 

1. Открытость

     Объект  изучения классической термодинамики  – закрытые системы, т.е. системы, которые  не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой. Именно по отношению к закрытым системам были сформулированы два начала термодинамики. В соответствии с первым началом, в закрытой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы.

     Второе  начало термодинамики гласит, что  в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Согласно второму началу термодинамики, запас энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная приближается к «тепловой смерти».

     Ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, дабы воспрепятствовать  возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной поддерживать организованные структуры ослабевает, и такие структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. По мере того как иссякает запас энергии возрастает энтропия, в системе нивелируются различия. Это значит, что Вселенную ждет все более однородное будущее.

     Вместе  с тем, уже во второй половине XIX в. и особенно в XX в. биология, прежде всего теория эволюции Дарвина, убедительно показала, что эволюция Вселенной не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм материи. Скорее, наоборот. История и эволюция Вселенной развивают  ее в противоположном направлении – от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от менее организованного к более организованному. Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более сложную организацию. Попытки согласовать второе начало термодинамики с выводами биологических и социальных наук долгое время были безуспешными. Классическая термодинамика не могла описывать закономерности открытых систем. И только с переходом естествознания к изучению открытых систем появилась такая возможность.

     Открытые  системы – это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного потока извне вещества, энергии и информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному неравновесному состоянию.

     Открытые  системы – это системы необратимые; в них важным оказывается фактор времени.

     Рисунок 1 - Открытая система 

     В открытых системах ключевую роль –  наряду с закономерным и необходимым  _ могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается. 
 

2. Нелинейность

       «Линейность абсолютизирует поступательность, безальтернативность, торжество  постоянства».

     Но  если большинство систем Вселенной  носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминирует не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновесность, в свою очередь, порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды. Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и «учитывать» их в своем функционировании. Так, некоторые более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы.