Синергетика - наука 21 века

     В результате их действия в системе  возникают неустойчивости, которые  могут служить толчком для  возникновения из хаоса зародышей  новых структур, которые при благоприятных  условиях будут переходить во все более упорядоченные и устойчивые. Их спонтанное (самопроизвольное) образование происходит за счет внутренней перестройки системы и синхронного (одновременного) кооперативного взаимодействия ее элементов. Это явление и получило название самоорганизации. Самоупорядочивание системы связано с уменьшением ее энтропии. Дезорганизация и случайность на микроуровне выступают созидающей силой, упорядочивающей состояние системы на макроуровне, интегрирующей ее элементы в устойчивое единое целое. «Порядок и беспорядок, организация и дезорганизация выступают в диалектическом единстве, их взаимодействие поддерживает саморазвитие системы.

     Идеи  самоорганизации высказывались  еще в традиционной классической науке XVIII-XIX веков (космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, рыночная экономическая теория Смита и т.д.). Но лишь во второй половине ХХ века, когда был накоплен достаточный теоретический и практический опыт, разработан необходимый математический аппарат (теория вероятностей, нелинейная динамика, теория катастроф, системный анализ, топология и т.д.) стало возможным детальное исследование поведения открытых систем, находящихся вдали от термодинамического равновесия, описание общих механизмов и закономерностей их развития. Основы теории самоорганизации были разработаны в трудах химиков, получивших мировой признание – И. Пригожина, Д. Николиса, Г. Хакена в семидесятых годах ХХ столетия.

     Термин  «синергетика», ставший с названием  общенаучного направления, которое  изучает общие принципы самоорганизации  и эволюции сложных систем разного уровня и разной природы, особенности процесса смены их качественных состояний на пути развития, в научный обиход ввел Г. Хакен. Большой вклад в становление идей синергетики внесли наши соотечественники: химик А.П.Руденко, физик Ю.Л, Климонтович, математики А.Н.Колмогоров и Я.Г. Синая. Основные законы и принципы синергетики были установлены на основе наблюдения процессов самоорганизации и эволюции сложных систем и, прежде всего, установление закономерностей протекания физико-химических процессов. Сегодня это трансдисциплинарная научная теория, идеи которой, зародившись в химии и физике, с успехом используются в экологии, биологии, геологии, экономике, политике, медицине и т.д. Она дает новый образ мира природы, человека и общества как открытых систем, развивающихся по нелинейным законам, раскрывает двойственную природу случайного, его созидающее и деструктивное начала, показывает, что чередование порядка и хаоса является фундаментальным принципом развития.

       В основе синергетической парадигмы лежит утверждение о фундаментальной роли случайных флуктуаций в развитии мира, при этом случайность и неопределенность выступают неотъемлемое свойство не только микромира, но и всего Мироздания, включая самого человека с его непредсказуемыми эмоциями и невероятным разнообразием вариантов поведения в идентичных условиях. Понятие хаоса в синергетике отлично от классического представления беспорядка. Хаос, связанный со случайным отклонением отдельных параметров системы от некоторого среднего значения, имеет активное начало. В подходящих условиях даже малая флуктуация одного из параметров может привести к новому структурированию всей системы, то есть к новому порядку, к новому ее качеству.

     Описывая  процесс самоорганизации, Г.Хакен  отмечает, что возникающая из хаоса упорядоченная структура является результатом конкуренции множества виртуальных состояний, заложенных в системе. В результате конкуренции происходит самопроизвольный выбор той структуры, которая наиболее адаптивна к сложившимся на данный момент к внешним и внутренним условиям. В рамках этих представлений Н.Н.Моисеев предложил концепция универсального эволюционизма. В ней дарвиновская триада, выдвинутая на основе эмпирических обобщений - изменчивость, наследственность и отбор,  получила методологической обоснование. Выведя эти термины за пределы биологического и расширив их смысл, можно использовать их для объяснения механизма развития систем любой природы.

     Случайность и неопределенность – это фундаментальное  свойство материи обуславливает  изменчивость окружающего мира. Наследственность означает зависимость настоящего и будущего от прошлого. Степень этой зависимости определяется «памятью» системы, которая в пределе может принимать значения от нуля (хаотические образования, лишенные памяти) до бесконечности (жестко детерминированные системы). Но реальные системы имеют некоторый «коридор» памяти; ширина которого зависит от уровня организации. Изменчивость создает возможность реализации множества возможных вариантов развития системы. Однако наследственность ограничивает их число. Из множества допустимых вариантов «отбираются» те, которые не противоречат фундаментальным законам природы, в результате отбора «выживают» наиболее целесообразные и устойчивые в сложившихся условиях структуры.

       В системе под влиянием поступающих извне ресурсов идет медленное количественное накопление несущественных изменений, что приводит к ослаблению гомеостаза. Это происходит до определенного предела, за которым наблюдается кардинальное изменение ее состояния, которое осуществляется практически мгновенно, скачком. Система временно оказывается в неустойчивом состоянии, «теряет память», и характер ее последующего развития определяется только теми случайными факторами, которые в этот момент действуют на систему. Для выхода из него у системы есть две возможности: деградация, разрушение, инволюция либо самоорганизация, усложнение, эволюция. Весь процесс развития системы можно представить как череду сменяющих друг друга медленных и скачкообразных изменений.

     Становление идей синергетики связано с формированием нового миропонимания. Мир сквозь призму синергетики предстает как развивающаяся сложно организованная иерархическая система. Это представление стало основой сближения традиционной европейской мысли о структурных уровнях организации материи с идеями древней восточной философии о глобальной взаимосвязи всего сущего, о взаимодействии потенциального и реального. Это попытка сближения традиционного естественнонаучного мышления с гуманитарным. 

2. Синергетическая картина мира

     Общие закономерности протекания процессов самоорганизации социоприродных систем, выявленные синергетикой, позволяют наиболее полно проиллюстрировать единство всего сущего, построить Картину мира, в которой все – жизнь живой и неживой природы, жизнь и творчество человека, жизнь общества – связано со всем и подчинено единым вселенским фундаментальным законам природы. Это обобщенная синергетическая картина мира.

     Ее  ядро составляют идеи:

• Мир представляет суперсистему, состоящую из иерархии взаимосвязанных подсистем разного уровня сложности, в которой системы более низкого иерархического уровня являются элементами систем более высокого уровня. Для описания их состояния необходимо знать огромное число параметров, характеризующих всю суперсистему и каждую подсистему в отдельности.
• Мир находится в постоянном изменении. Это глобальный процесс представляет периодическую смену разрушений старого и созиданий нового на пути самоорганизации и эволюции.
• Самоорганизация и усложнение возможны лишь в открытых системах, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией и находятся вдали от термодинамического равновесия.
• Закономерности развития систем носят вероятностный стохастический характер; случайность и неопределенность выступают как фундаментальное свойство всего сущего. Случайное изменение отдельных внешних или внутренних параметров системы, отклонение их от равновесного значения (флуктуации) могут вызвать неустойчивость состояния всей системы или ее частей и послужить конструктивным началом для усложнения и перехода на качественно новую ступень развития.
• Процесс самоорганизации происходит в результате взаимодействия случайности и необходимости и всегда связан с переходом на качественно новую ступень развития.
• Самоорганизация обусловлена кооперативными процессами, коллективным согласованным резонансным взаимодействием элементов системы; интеграцией их совместных усилий на пути развития системы; именно благодаря этому зарождаются новообразования, которые при благоприятных условиях могут перерасти в новую структуру.
• Развитие происходит по нелинейным законам. Нелинейность означает
• многовариантность путей выбора и альтернатив выхода из неустойчивых состояний.

     Глобальный  процесс самоорганизации материи, бесконечный в пространстве и  времени просматривается в трех уровнях:

1. Самоорганизация и эволюция косной (неживой) материи. В этом процессе можно выделить два направления:

     - химическая эволюция: элементарные  частицы→ атомы→ неорганические  молекулы→ простые органические  молекулы→ биополимеры.

     - структура эволюции Вселенной:  газопылевая туманность→ звездная система→ галактика→ метагалактика→ Вселенная.

     Процесс самоорганизации косного вещества происходит благодаря примитивным  способам отражения косной материи  и обмену физической информацией (взаимодействию), носителем которой являются гравитационное, электромагнитное, слабой и сильной поля. Это этап предбиологической эволюции.

     2. Самоорганизация и эволюция живого  вещества. На определенном этапе эволюции косной материи, в какой-то момент времени, в какой-то точке Вселенной создались условия, при которых органическое вещество сгруппировалось в системы, способные к саморегуляции и самовоспроизведению. Последовательное усложнение этих систем в течение миллиардов лет привело к появлению высокоорганизованных животных.

     3. На определенном этапе эволюции от высших животных к человеку возникают сообщества, основанные на разуме и коллективной деятельности. В процессе самоорганизации сообществ в течение нескольких миллионов лет происходила социальная и психическая эволюция человека. В этот период усложняются коммуникативные отношения, техническая оснащенность, уровень познания и использования природы. Человек изменяет характер энергетических, вещественных и информационных потоков, активно вторгается в биохимические циклы, создает искусственные системы и управляет ими. 

3. Самоорганизация Вселенной

    До  начала процесса рекомбинации развитие Вселенной шло через последовательное преобразование вакуума и вещества, достижения в ходе таких преобразований все более высоких уровней  упорядоченности и сложности. Процесс протекал путем глобального обхвата всей Вселенной как целого. Движущей силой самоорганизации служили глубинные свойства вакуума и вещества и особенности их проявления в экстремальных условиях начального периода развития. Прежде всего, Вселенная как система должна быть открытой. Но что можно читать окружающей средой Вселенной? Во всех скачкообразных переходах ранней Вселенной источником энергии и вещества были физический вакуум и те фазовые переходы, которые в нем перетекали. Взаимоотношения вещественной Вселенной и вакуума пока остаются для нас загадкой, к тому же вакуум и вещество неразделимы, как неотделимы северный и южный полюс магнита.

     Далее, диссипативные системы сугубо неравновесны. Вселенная достигла рубежа рекомбинации с заметными отклонениями от равновесности: в ней нарушен равновесный состав вещества и антивещества, она состоит из трех почти не взаимодействующих между собой частей (нейтринный газ, реликтовое излучение, барионное вещество), каждая из них имеет свою температуру, отличную от температуры других частей, нарушена равновесность составов. Все это следует рассматривать как типичные признаки неравновесности системы, порождающие в определенных условиях ее неустойчивость. Наконец, достижение диссипативной системой крайней неустойчивости, подготавливающей ее скачкообразный переход в новое устойчивое состояние, происходит при достижении характерными параметрами системы критических значений. Состояние Вселенной на раннем периоде ее развития характеризовалось температурой около 3000К и плотностью вещества 3*10^-22г/см³. При таких значениях этих параметров возникла гравитационная нестабильность и ни одно из других фундаментальных взаимодействий не могло выступить в качестве двигателя дальнейшего развития Вселенной.

     Между тем, наблюдаемые данные о галактиках заставляют астрофизиков искать совсем другие подходы к объяснению их образования. В настоящее время активно обсуждается модель формирования галактик, названная «горячей». Предполагается, что протогалактики представляли собой гигантские газовые облака, масса каждого из которых заметно превышала массу образовавшейся из нее галактики. В каждом облаке в силу особенностей газодинамических процессов наступала стадия бурного звездообразования: во всем объеме рождались десятки и сотни миллионов звезд, среди которых с частотой в тысячу раз больше, чем теперь, вспыхивали сверхновые. Это породило мощный поток раскаленных газов, галактический ураган с температурой газа в десятки и сотни миллионов градусов. За границы протогалактики выносились огромные массы вещества порядка сотни солнечных масс в год. Вместе с веществом ушла огромная энергия. Нагрев газа в облаке остановил бурное звездообразование, затем начался процесс образования звезд следующего поколения, растянувшийся на миллиард и более лет.

     «Горячая» модель образования галактик объясняет основные наблюдаемые их особенности. В ее пользу говорят данные, полученные с помощью спутников. 

4. Самоорганизация и эволюция живого вещества.

     На  сегодняшний день нет достаточно четкого определения, что такое жизнь. С точки зрения материалистической философии жизнь – это особая форма движения материи. С точки зрения системно-синергетического подхода жизнь – это форма существования макроскопических гетерогенных открытых систем, далеких от равновесия, способных к самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизведению. По моему мнению, это определения является наиболее полным, так как отражает принципиальное отличие живой материи от косной. По сравнению с последней, жизнь – это качественно новая форма организации материи, основные свойства которой – способность усваивать энергию Солнца за счет фотосинтеза и воспроизводить из неживого живое.