Размещено на http://allbest.ru

Введение

синергетика естествознание наука

Синергетика в современной научной картине мира рассматривается как теория самоорганизующихся систем, хотя в классическом смысле ее нельзя считать теорией.

В классическом смысле теория - высшая, самая развитая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях определенной области действительности - объекте данной теории.

Теория в естественных науках представляет внутренне дифференцированную, но целостную систему знания, которую характеризует логическая зависимость одних элементов от других, выводимость содержания теории из некоторой совокупности утверждений и понятий исходного базиса теории по определенным логико-методологическим принципам и правилам.

Когда мы говорим о теории, то естественно представляем в качестве образца ньютонианскую механику, которая имеет четкую структуру, понятия, принципы, законы и математический аппарат, следствия, вытекающие из логически непротиворечивого применения принципов и законов. В таком виде синергетики как теоретического построения не существует. Однако синергетика существует как теоретический, методологический подход в описании самоорганизующихся систем.

В современном естествознании синергетика - одна из важнейших парадигм. Она формулирует основы нового миропонимания, ориентируя на поиск общих закономерностей эволюции и самоорганизации природных, социальных и когнитивных систем.

1.История и логика возникновения синергетического подхода в естествознании

В XX веке формирование взглядов на Вселенную все больше переходит от статистического и структурно-ориентированного описания к описанию динамическому, ориентированному на процесс. Так, открытие нестационарных решений уравнений Эйнштейна, полученных А.А. Фридманом в 1922 - 1924 гг. и подтвержденных в 1929 г., когда Э. Хабл открыл красное смещение в спектре галактик, исследования Г. Гамова, современное бурное развитие астрофизики выдвигают на первый план мировоззренческий вопрос о применимости диалектической концепции развития в глобальном масштабе.

Согласно этой точке зрения эволюция Вселенной, начиная с Больььшого взрыва, рассматривается как совместная эволюция микро- и макроявлений, включающая процессы дифференциации и усложнения в микро- и макро- ветвях эволюции.

В процессе развития теоретических концепций физики элементарных частиц в физическую картину мира все более явно входит представление о всеобщей связи и взаимообусловленности. Элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, макротела, планеты и т.д. становятся звеньями «глобальной эволюции». Время перестает рассматриваться как просто геометрический параметр. Чрезвычайно важно подчеркнуть, что корни такого понимания тесно связаны с новыми концептуальными подходами в методах исследования физико-химических структур, разрабатываемых в эволюционистском направлении.

Важным моментом на этом пути следует считать введение понятия «открытая система», предложенного представителем брюссельской школы физиков Р. Дефаем в 1929 г. и развитого Л. фон Берталанфи в 1932 г. для биологических систем. Л. фон Берталанфи построил теорию биологических организмов на базе обобщения положений физической химии, кинетики и термодинамики, которая и вошла в научный оборот под названием «теории открытых систем». Подход Берталанфи привлек всеобщее внимание научной общественности, очевидно, потому, что он широко применял математический аппарат дифференциальных уравнений. С их помощью Берталанфи удалось дать формальное выражение таких важных свойств систем (системных параметров), как целостность, сумма, организация, рост, конкуренция, финальность, эквивалентность в поведении и т.д. Особенно это импонировало последователям физикализации биологии, так как дифференциальные уравнения давали возможность описать поведение системы как бы «изнутри». Извне систему можно рассматривать как «черный ящик» и ее отношения со средой изображать, используя лишь понятия входа и выхода. Позднее Берталанфи перешел к рассмотрению живого организма как неравновесной открытой системы, называя стационарное состояние такой системы «проточным равновесием».

Однако в рамках классической термодинамики все же не удавалось объяснить центральную проблему биологии - проблему развития.

В связи с этим рассмотрим идейные побуждения, приведшие к формированию синергетического подхода в современной научной картине мира, поскольку единых принципов самоорганизации для неживой и живой материи не было. Естественно, что философское знание развивало идею саморазвития своими средствами. Идея саморазвития и самоорганизации через эволюционную теорию Дарвина постепенно проникала в естественнонаучную картину мира. Поскольку эволюционная концепция Дарвина утверждает, что в мире происходит непрерывное рождение все более сложно организованных живых форм, структур и систем, то умозрительно был решен вопрос о магистральной линии развития с выходом на биосоциальный этап эволюции.

Но если допустима идея обращения эволюционных методов «вверх» к наукам об обществе (В.И. Вернадский о «планетарном мышлении», ноосфере; С.С. Шварц - «урбанизированные» биогеоценозы), то вполне закономерно встает проблема исследования линии «вниз» к химии и физике. Научным сообществом формулируется задача выявления эволюционных закономерностей физико-химических форм материи и их связи с общей магистральной линией развития. Однако при построении естественнонаучной картины мира, последовательно проводящей идею самоорганизации и саморазвития, возникла известная асимметрия в понимании законов развития живого и неживого. В неживой природе замкнутые системы переходят согласно второму началу термодинамики от более упорядоченных состояний - к менее упорядоченным, а в живой природе эволюция идет в сторону повышения организации.

Сосуществование в картине мира этих двух взаимоисключающих подходов происходило на фоне формирования стохастического детерминизма, когда процесс изменения во времени состояния какой-либо системы находился в соответствии с вероятностными закономерностями.

Но только эволюционный подход концептуально опирался на стохастический детерминизм. В самом деле, множество случайных событий - взаимодействий живых существ друг с другом и со средой обитания приводит к естественному отбору, результаты которого тем определеннее, чем большее число элементарных событий произошло в эволюционирующей системе. В то же время к моменту появления «Происхождения видов» научное сообщество еще не было достаточно проникнуто идеями стохастического детерминизма, что и приводит к противоречивости целостной картины мира. Однако изменение общенаучных подходов в сторону поисков механизмов эволюции коснулось и физики. Происходит рождение новой неклассической термодинамики, переход к концепции развития и в физической картине мира. Правда, до первой половины нынешнего столетия эти изменения носили «неосознанный характер. Лишь в 40-х годах, когда И. Пригожин сформулировал постулат, согласно которому классическая термодинамика - лишь часть будущей обобщенной термодинамики, охватывающей как обратимые (равновесные) процессы, так и неравновесные состояния и необратимые процессы, концепция развития входит и в физическую каротину мира. В гносеологическом плане это связано с осмыслением того, что классическая термодинамика - в сущности, теория деградации, разрушения структур, где производство энтропии выступает мерой скорости этого разрушения, то есть Пригожин использует «принцип дополнительности» в термодинамике, дополняя классическую термодинамику теорией «создания структуры». Попытки создания неклассической термодинамики с идеями необратимости имели место и раньше.

Одним их первых это попытался сделать Больцман, который утверждал, что состояния, связанные с большой разницей температур или с малым перемещением, теоретически не являются абсолютно невозможными, они только маловероятны. Больцман подчеркивал, что если мы предположим мир достаточно великим, то в нем согласно законам теории вероятности могут появляться места размерами с наш звездный мир, с маловероятным распределением состояний.

В самом общем виде этот вывод основан на том, что законы классической механики инвариантны относительно перемены направления знака времени или обратимы во времени, в то время как вывод второго начала термодинамики о возрастании энтропии во времени обладает временной асимметрией. В наиболее отчетливой форме это противоречие было сформулировано в виде парадоксов Лошмидта и Цермело. Лошмидт в 1876 г. показал, что если в некоторый момент времени скорости всех молекул изменить на противоположные, то эволюция газовой системы пойдет в противоположном направлении. Отсюда Лошмидт сделал вывод, что энтропия имеет столько же шансов возрастать, сколько убывать. Следовательно, эволюция системы необязательно происходит в одном направлении.

Парадокс обратимости Цермело (1896 г.) основан на возвратной теореме Пуанкаре, которая утверждает, что изолированная динамическая система с ограниченной энергией и конечными размерами за достаточно большой промежуток времени (период цикла Пуанкаре) вернется в состояние, сколь угодно близкое к первоначальному. Однако этот промежуток времени неестественно велик. Для газа, заключенного в объем умеренных размеров, время возврата намного превышает оцениваемый возраст Вселенной, составляющий 10 в 10 степени лет.

Обсуждение указанных выше проблем имело важное значение для понимания природы необратимых процессов, так как понятие необратимости стали связывать с масштабом времени. Можно сделать заключение: во-первых, процесс является необратимым или обратимым в зависимости от того, характеризуется ли начальное состояние большим (или малым) средним временем повторяемости по сравнению с интервалом времени, в течение которых система находится под наблюдением; во-вторых, в картине мира, несмотря на «господство» принципа повышения энтропии, начал формироваться подход к пониманию эволюции системы на основе признания объективной случайности, выделения круговорота энергии и признания существования флуктуаций, ведущих к крайне маловероятным состояниям.

С методологической точки зрения важно отметить, что реально противоречие между картиной мира, построенной в соответствии со вторым началом термодинамики и картиной мира, где высокая степень упорядоченности окружающих нас систем затушевывается в сознании ученого просто констатацией разграничения закономерностей живой и неживой природы.

С другой стороны, идея самоорганизации, не ограниченная какой-то особой, выделенной формой движения материи, но проявляющаяся во всех случаях, когда для этого создаются необходимые условия, формируется и упрочивается в кибернетике, теории систем, машинном моделировании и других концептуальных подходах теоретического освоения мира.

Но не только указанные направления надо рассматривать в качестве идейных предпосылок самоорганизации, но также и теорию открытых биологических систем, обладающих свойством эквивалентности, сформулированную Л. фон Берталанфи, которая инициировала понимание принципа системности как конкретно историческую форму научного мышления. В рамках такого представления сложились следующие рабочие идеи: системное видение объекта в противовес механическому, организм стал рассматриваться как открытая система, способная достигнуть конечного состояния независимо от нарушений начальных условий системы. В системном подходе сформировалась идея перспективизма взамен редукционизма. Все эти моменты, как оказалось позднее, были созвучны направлению, посвященному кооперативным эффектам в процессах самоорганизации, получившие после Сольвеевского конгресса наименование синергетики.

В рамках естественнонаучной картины мира указанный подход стимулирует появление такого механизма самоорганизации, который не связан с какой-то особой самодеяенной формой движения материи, но проявляется во всех случаях, когда для этого создается необходимое сочетание внутренних и внешних условий. При этом снимается противоположность понимания эволюции в биологии и науках о неживой природе. Синергетический подход - это пример проявления интегративных тенденций в современной науке, который инициирует идеи и методы концептуального осмысления понятий саморазвития и самоорганизации в неживой, живой и социальной формах движения материи на фоне эволюционных механизмов в биологии и социальных науках.

В целом синергетический подход можно связать со становлением общей теории развития, но в постановке проблемы самоорганизации, самоуправления принято признавать приоритет кибернетики. Общеизвестно, что еще Норберт Винер определил кибернетику как науку об управлении и связи в животном и машине. Но кибернетика рассматривала, в основном, искусственные системы и трудность в понимании развития была связана с противоречием между вторым началом термодинамики и концепцией эволюции Дарвина. Кроме того, при определенной близости к кибернетике, теории систем и т.д. синергетический подход акцентирует внимание на кооперативном, когерентном характере процессов самоорганизации в сложных системах, что до синергетики не делалось.

Узлом противоречий естественнонаучной картины мира, включающей эволюционный механизм развития, было основное отличие живых структур от неживых, заключающееся в том, что живое имеет вполне определенную способность «выжить». Это качество во всех живых системах объясняется дарвиновским механизмом естественного отбора, который реализуется посредством одного и того же генетического механизма. Очевидным было и то, что движущая сила процесса самоорганизации материи, в самом широком смысле, заключается в специфических свойствах среды.

Для современной картины мира, пронизанной идеями развития, синергетический подход может показаться достаточно тривиальным. Однако в познании неживой природы проследить генетическую цепочку становления, возникновения, функционирования и гибели отдельных форм и образований на фоне «глобального эволюционизма» - задача не из простых. Например, для химиков химическая эволюция не исчерпывается возникновением и распадом межатомных, молекулярных структур. По своей сущности она является определенным этапом развития материи в целом. Это развитие охватывает и вещество, и энергию в их неразрывном взаимодействии, оно протекает как эволюция систем. охватывающих гигантские объекты: звезды, туманности планеты. Отдельные молекулярные образования являются лишь моментами этого процесса, который может быть полностью понят лишь в своей целостности.

Химический процесс приводит к постепенному усложнению вещественной структуры космоса, к обогащению энергетических связей. В то же время он отягощен разрывами, подчас длительными, «на миллион лет», остановками развития. Лишь формирование и становление жизни придает ему непрерывность и подчиняет более высокой форме движения материи, сперва биологической, а затем - социальной.

Картина мира опирается на множество теоретических описаний, не сводимых друг к другу. Динамическое описание отражает развитие структур, систем в форме движений, траекторий, уровней энергии и т.п. А описание в терминах необратимости акцентирует внимание на конечных результатах процессов, на диссипативных структурах, что в методологическом плане соответствует становлению.

Целостная картина мира должна давать описание объективной реальности в единстве бытия и становления. Такое единство в естественнонаучном аспекте обеспечивается тем, что неравновесие может создавать порядок. Однако этот порядок принципиально отличен от порядка, возникающего в равновесных системах. Например, находящаяся в равновесии структура (скажем, кристалл) сохраняется независимо от обмена энергией с внешним миром. Напротив, неравновесные структуры могут существовать лишь в условиях постоянного обмена энергией и веществом с внешней средой.

Наиболее интенсивно вопросы, связанные с возникновением пространственного порядка из начального беспорядка и самопроизвольным образованием пространственных структур в однородной неравновесной среде, стали обсуждаться в 60-е годы. Примерно в это же время была построена теория регулярных пространственных структур и некоторых гидродинамических течений (ячейки Бенара, вихри Тейлора). Довольно быстро выяснилось, что все эти явления возникновения и упорядочения в нелинейных средах различной природы описываются сходными моделями и решениями.

В результате выработались новые понятия: диссипативная структура, автоволна, когерентность, ревербератор, странный аттрактор и т.д. Например, один из родоначальников нового направления И. Пригожин все многообразие новых понятий подводит под данное им понимание диссипативной структуры. «Диссипативная структура - это новое агрегатное состояние», - указывает он.

Теория диссипативных структур опирается на три существенных элемента. Во-первых, вводится новое понятие функции, описывающей элементарную микроскопическую активность. Во-вторых, рассматривается когерентное микроскопическое пространственно-временное структурирование этой функции. В-третьих, исследуются флуктуации, понимаемые как «элементарные события», способные создавать структуру. При этом одновременно используются детерминистическое и стохастическое описания. Причем стохастическое описание считается правомерным там, где происходит появление новых структур - в «точках ветвления» системы. Поведение же системы между точками ветвления описывается детерминистическими законами.

Принципиальным для такого подхода является то, что с удалением от равновесия быстро растет число состояний системы. Тем самым в описание системы входит «исторический» аспект, так как состояние системы определяется последовательностью всех ее прошлых состояний.

Естественно, значительное место в этих разработках занимают модели предбиотической физико-химической эволюции. Речь идет о поисках количественной меры оценки организации таких модельных объектов, как «эволюционный реактор». Для таких объектов предлагаются оценки сложности организации, скажем: размерность, характеризующая число совместно самовоспроизводящихся макромолекул, степень или порядок системы, которая обусловливает ее особенности числом центров притяжения (аттракторов) траекторий, описывающих движение динамической системы в фазовом пространстве.

Аналогичные приемы использует современная космология и астрофизика, которые стремятся описать эволюционный прогресс, как бы соединивший в нашем представлении некогда существовавшую Вселенную с наблюдаемой в настоящее время, что позволяет моделировать образование и эволюцию галактик, в структурах заданного времени.

В контексте теории диссипативных структур биологическое уже не рассматривается как суперструктура, надстроенная над «безжизненной» физической реальностью, она опосредуется этими структурами, т.е. с точки зрения термодинамики - неравновесными структурами, существующими за счет обмена энергией и веществом с окружающей средой. Надо заметить, что появление указанных идей было подготовлено успехами в области изучения механизма химических превращений и развитием химической кинетики. Кинетические исследования позволяют описывать процесс химических превращений во временных и исторических характеристиках.

Рассмотренные выше проблемы и система методов, описывающие самоорганизующиеся процессы, относят к особой науке - синергетике. Причем в узком смысле слова под синергетикой понимают область научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы.

Благодаря тому, что процессы самоорганизации разворачиваются во времени и в пространстве, богатство их форм и проявлений чрезвычайно велико. Поэтому общая идея самоорганизации приобретает все более многообразные формы, реализуясь в различных контекстах исследовательских задач. Появление нового метода или нового подхода в науке неизбежно привлекает пристальное внимание научного сообщества. В определенном смысле этот процесс подвержен моде: так, например, общие подходы: кибернетический, системно-структурный, информационный, метод моделирования в момент их появления применялись решительно ко всему на свете. Но проходило время, и эти методы занимали свое четко очерченное место, определяемое не модой, а их реальной ценностью.

2.Влияние синергетического подхода на развитие науки

Говоря о синергетическом подходе, следовало бы заметить, что распространение последнего и тенденция к универсализации удивительно напоминают перенос основных понятий эволюционной биологической концепции развития на другие естественные науки и даже в гуманитарное знание, на процессы культурной эволюции и т.п. В этом отношении показателен пример так называемой социобиологии (Э. Вильсон, М. Рьюз, Р. Триверс и др.).

Под влиянием эволюционного подхода крупнейший языковед А. Шлейхер рассматривал языковую картину мира как некое подобие саморазвивающегося организма (так называемый «биологический натурализм» в языкознании). Здесь же можно вспомнить и К. Леви-Строса, который искал универсальный код, который бы позволил вскрыть фундаментальные особенности этноса с его лингвистическими, психогенетическими, этическими и прочими феноменами. В строении мифов и порядков родственных связей им были установлены структуры, отношения которых выражались языком математической теории групп. Так, одна и та же абстрактная структура, например, группа Клейна (состоящая из четырех элементов и двух операций, преобразующих элементы друг в друга), обнаруживается в системе родства одного австралийского племени, в соотношении мифических образов, в некоторых геометрических преобразованиях, в физических процессах и 'т.д. И хотя можно считать, что использование математики у Леви-Строса, скорее, удобство для записи разнородного материала, нежели конструктивное средство, мы склонны полагать, что Леви-Стросом внесены новые элементы в понимание структурного единства мира, на принципах самоорганизации и саморазвития.

Способ универсализации понятий организации и эволюции достаточно широко используется и в исследованиях закономерностей развития научного знания К. Поппером, С. Тулминым, Д. Кэмбеллом и др.

Например, в основе аналогий Поппера и Тулмина лежит схема объяснения, принятая в синтетической теории эволюции, хотя ими во внимание принимаются исключительно процессы микро эволюции, а не закономерности и направленность биологической эволюции в целом. Однако макроуровневые моменты эволюции нельзя недооценивать. И. Пригожин в своей работе «От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках» пишет: «... структура уравнений движения со случайностью на микроскопическом уровне порождает необратимость на макроуровне».

Математическое описание нестабильностей в таких случаях осуществляется теорией бифуркаций. Причем система подчиняется детерминистическим законам между точками бифуркаций, но вблизи них принципиальную роль играют флуктуации, определяющие путь развития, на который вступит система.

Основная идея, проводимая И. Пригожиным, заключается в том, что эти переходы носят вероятностный характер (процессы типа Мартовских), в них система не обладает памятью, т.е. вероятности переходов между двумя какими-то состояниями зависят только от этих состояний. В этом контексте можно сделать вывод: необратимость есть утверждение на макроскопическом уровне случайности микроскопического уровня - вполне закономерен, но в современной картине мира его трудно согласовать с укоренившейся идеей глобального эволюционизма и магистральной линией развития, с которой связана наибольшая активность материи.

В связи с определенной последовательностью развития основных форм движения материи возникает и вопрос о закономерном соотношении высших и низших форм материи, выражающих «логику» этой последовательности. Причем эта логика просматривается в двух планах - количественном и качественном. Количественно она выражается в конвергентном характере развития форм материи. Поскольку высшие формы материи включают в себя только некоторую часть низшей, развитие неизбежно образует своего рода «конус».

Следуя же логике Пригожина, нелинейный характер ветвления случайностей на микроуровне должен вести к «вееру» развития высших форм материи, что не соответствует нашей практике. Да и с качественной стороны развитие материи от низшего к высшему происходит путем сохранения наиболее общей природы низшей ступени в высшей, что также трудно объяснить лишь флуктуациями, определяющими путь развития между точками бифуркаций.

Очевидно, исходя из констатации глобального эволюционизма необходимо ввести некоторые фундаментальные принципы самоорганизации, позволяющие сохранить магистральную линию развития. Речь идет об эпистемологическом характере таких принципов, поскольку для построения рациональной картины мира требуется раскрыть действительный механизм глобального эволюционизма во всем его объеме, что конечно, для конкретно-научного знания принципиально невозможно.

Однако для построения непротиворечивой научной картины мира необходимы динамически устойчивые структуры. Поэтому в качестве первого фундаментального свойства системы можно рассматривать свойства инвариантности. Свойство инвариантности, как пишет У.Р. Эшби, состоит в том, что хотя система претерпевает последовательные изменения, некоторые ее свойства (инварианты) сохраняются неизменными. Таким образом, некоторое высказывание с системе, несмотря на беспрерывное изменение, будет оставаться исходным.

Вторым фундаментальным принципом существования самоорганизующихся систем следует назвать принцип структурной устойчивости. Для современной картины мира на всех без исключения структурных уровнях материи является установленным, что процессы саморегуляции подчиняются принципу Ле Шателье.

То есть, если система подвергается какому-либо внешнему воздействию, то внутри системы возникают процессы, направленные на то, чтобы подавить, нейтрализовать это внешнее воздействие. Именно так себя проявляет закон роста энтропии в локальных замкнутых системах. Что касается открытых неравновесных диссипативных систем, то для них характерна тенденция к замедлению скорости изменения энтропии. Такие процессы играют существенную роль в химической эволюции: именно они приводят к образованию богатых энергией, нестабильных, активных биоорганических соединений.

На уровне химических превращений появляется своеобразный механизм взаимосвязи динамических и статистических закономерностей, который проявляется в термодинамическом, кинетическом, каталитическом «контроле», ведущем к появлению внутренних механизмов регулирования скорости и направленности химической реакции, к формированию свойств молекул как носителей информации.

В дополнение к сказанному нельзя не упомянуть явление, которое О. Тоффлер, написавший предисловие к книге «Порядок из хаоса», называет открытием И. Пригожина. Речь идет об автокатализе. Представим себе, что в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого. Специалисты по математике и технике говорят в таких случаях о петле положительной обратной связи. И как показали исследования последних лет, петли положительной обратной связи позволяют объяснить, каким образом совершается переход от ДНК к сложным живым организмам. Открытие этого перехода само по себе удивительно, но еще более удивительно, что аналогичный механизм можно промоделировать на экологических, экономических, психологических и даже политических ситуациях, то есть везде, где можно рассматривать соотношение параметров порядка, подчиняющие себе подсистемы.

Среди методологов, которые полностью признают значительность синергетического подхода в современной науке, существуют достаточно острые разногласия по вопросу допустимости распространения этого подхода на столь разнокачественные области. Очевидно, нельзя безосновательно ставить ограничения на этом пути. Возможно, следует извлечь урок из того факта, что еще в конце прошлого века Л. Больцман обратил внимание на поразительную применимость дифференциальных Уравнений к самым разным областям явлений.

С синергетическим подходом - похожая ситуация. Наиболее радикальные последователи делают попытки построить единую «синергетическую картину» универсума. Так, американский астрофизик, член Римского клуба Э. Янч утверждает, что теорию эволюции на основе флуктуаций можно развить до политических теорий.

Еще одним фундаментальным принципом, лежащим в основе поступательного развития материи в рамках глобального эволюционизма, являются единство и борьба энтропии и негэнтропии и возрастание информации. Рост информации в борьбе с энтропией - единый критерий понимания прогрессивного развития материи.

Высшим проявлением этой борьбы является смена тенденций минимизации информации, присущей природным системам, - оптимизацией информации, присущей только социальной форме движения. Возникает новый уровень самоорганизации, где определяющую роль играют социальные закономерности. Нелинейный вероятностный характер этих процессов дает повод представителям синергетического подхода использовать модели диссипативных структур для изучения социальных явлений.

Приведенные выше рассуждения показывают, что можно рассматривать структуры физические, химические, экологические и даже социальные под другим углом зрения. Этим «углом» оказывается одинаковая динамика изменений.

В этом смысле представляется очень важным создание общего языка, охватывающего динамику изменений самой разной природы. Одним из вариантов такого подхода можно считать основную теорему термодинамики неравновесных процессов, сформулированную в 1931 г. американским физиком Л. Онсагером, из которой следует, что в неживой природе осуществляется «принцип отбора», по которому, если закон сохра-1 нения допускает некоторое множество возможных вариантов развития изучаемого процесса, то реализуется то, которому отвечает минимум диссипации энергии.

Этого же взгляда придерживается и Н.Н. Моисеев, который полагает, что любые законы неживого мира - вариационные, из которых следуют законы сохранения в механике, электродинамике и других областях физики; второй закон термодинамики, закон минимума диссипации и многие другие можно описать в терминах эволюционной теории, поскольку все эти законы являются, по сути дела, теми или иными принципами отбора реальных движений, реальных траекторий из числа виртуальных, то есть мыслимо возможных.

Вопрос о появлении упорядоченных структур не является специфическим, скажем, только для термодинамики. Он возникает и в астрофмзике (спиральные галактики), химии, биологии и т.п.

В свете современной науки хорошо известно, что всякая система развивается за счет окружающей ее среды. Это простое энергетическое правило можно сформулировать так: «За все, чем система овладевает, ей приходится расплачиваться своими внутренними ресурсами». Ведь упорядочивающее движение невозможно без затраты собственных усилий создателя этого движения. Не прилагая усилий для поддержания своей упорядоченности, носитель движения обречен на деградацию и самоуничтожение. Естественно, чтобы противостоять силам, дезинтегрирующим систему, ей необходима изначальная активность, поскольку «сам по себе», без всякого содействия со стороны своего носителя может происходить лишь процесс возрастания энтропии. Иначе говоря, принципом развития некоторой системы является деятельность, исходящая из самой себя, то есть деятельность в форме саморазвития.

Синергетика не является в собственном смысле слова теорией самоорганизации и развития, это не универсальная наука. Это, скорее, некий методологический подход, говорящий об общности интересов и математических методов исследования любых нелинейных явлений в разных предметных областях современного естествознания.

В заключение еще раз напомним, что нелинейный мир, образы которого открывает синергетика, - это мир, качественно отличающийся по своим закономерностям от привычных миров классической науки.

Речь идет о закономерностях вырастания сложных структур из малых флуктуаций (хаоса), направленности течения процессов, возникновения сложных эволюционных структур.

Согласно неравновесной динамике аналогами возрастания энтропии, определяющими направление эволюции для замкнутых систем применительно к открытым и нелинейным системам, являются аттракторы. Они-то и определяют собственные тенденции развития системы. Отсюда вытекает, что будущее однозначно, не запрограммировано. Оно - подинвариантно. Иными словами, открытая нелинейная среда представляет собой некоторое единое начало, выступающее в качестве носителя различных форм будущей организации.

То есть если система попадает в поле притяжения определенного аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию.

Таким образом, будущее «определено» лишь наличием структур-аттракторов. Но оно и открыто, поскольку принципиально неопределенно, какая именно структура в момент неустойчивости определится случайностью, флуктуациями, хаосом на микроуровне.

3.Методологическая значимость синергетического подхода в современной науке

Как мы уже указывали, ранее почти век в естествознании существовала ситуация, когда логически непротиворечивые естественнонаучные теоретические построения «не замечали», что эволюционные концепции, сформулированные в середине XIX в. почти одновременно в физике (Р. Клаузиус, 1850) и в биологии (Ч. Дарвин, 1859), имели противоположную направленность и как бы исключали друг друга.

Идея эволюции в физике, провозглашенная Р. Клаузисом, связана со вторым началом термодинамики - законом необратимого возрастания энтропии изолированной системы. Позднее Л. Больцман, установив :вязь между энтропией и вероятностью состояния, дал второму началу статистическое обоснование, согласно которому необратимость в терцинамике выражает статистический закон эволюции макроскопикой системы к «наиболее вероятному» состоянию, соответствующему состоянию максимального разнообразия.

Совершенно очевидно, и это отметил И. Пригожин, классическая динамика есть в сущности теория разрушения структур, а производство энтропии можно рассматривать как меру скорости этого разрушения.

Из такого понимания второго начала термодинамики вытекает, что термодинамическая концепция деградации структур, выравнивания свойств всех составляющих системы не может описать естественным образом феномен жизни, ее возникновение, усложнение и совершенствование. Доминирующим рефреном в научной картине мира стали концепции «тепловой смерти».

Напротив, эволюционная теория Ч. Дарвина в биологии утверждает диаметрально противоположное направление развития - это теория не разрушения структур, а их созидания. Главное в учении Дарвина состоит в объяснении движущихся сил постепенного перехода по восходящей линии от одних состояний живых форм к другим, более сложным и совершенным.

Эволюционные концепции как в физике, так и в биологии базируются на огромном экспериментальном материале. Но поскольку между физическими и биологическими фактами практически не было установлено прямой связи и одна концепция эволюции касалась явлений только неорганической природы, а другая - только мира растений и животных, то надолго утвердилось и получило широкое распространение представление о несовместимости законов физики и биологии, об особой сущности явлений органического мира.

И вот, как мы рассматривали выше, на рубеже 70 - 80-х гг. естествознание сумело приблизиться к пониманию самопроизвольного формирования структур в самых различных физических, химических и биологических системах.

Акцентируем внимание. Во-первых, это потребовало осознания существенного различия в природе равновесных и неравновесных процессов, создания теории открытых систем. Во-вторых, разработки особого типа динамических состояний - диссипативных самоорганизующихся структур. И как результат - введение в термодинамику ряда принципиально новых положений. Было доказано, что в открытых системах могут образовываться и длительное время существовать упорядоченные структуры без нарушения второго начала термодинамики, причем поведение энтропии в таких системах существенно отличается от поведения энтропии в изолированных системах. Было доказано, что имеет место вездесущность процессов структурной самоорганизации не только в живой, но и неживой природе.

Для объяснения причин возникновения «порядка из беспорядка» потребовалось расширить теоретические основы классической термодинамики, что в результате привело к созданию сначала линейной (30 - 50-е гг.), а затем (70 - 80-е гг.) нелинейной термодинамики неравновесных процессов.

Нелинейная термодинамика, созданная главным образом трудами И. Пригожина, в настоящее время бурно развивается. Уже сейчас ставшие известными закономерности процессов самоорганизации в открытых диссипативных системах, как классических, так и квантовых, используются во всех областях естествознания (физике, химии, биологии), а также в экономике, социологии, языкознании и т.п.

Физика Пригожина привела к глубоким качественным изменениям таких фундаментальных понятий, как время и динамика. Напомним основные три тезиса Пригожина, принятие которых ведет к новому миропониманию.

Во-первых, необратимые процессы столь же реальны, как и обратимые, и не соответствуют дополнительным ограничениям, которые нам приходится налагать на законы, обратимые по времени.

Во-вторых, необратимые процессы играют существенную конструктивную роль в физическом мире. Они лежат в основе важных когерентных процессов, с особой отчетливостью проявляющихся на биологическом уровне.

В-третьих, необратимость глубоко связана с динамикой. Можно сказать, что необратимость возникает там, где основные понятия классической или квантовой механики (такие как траектории и волновые функции) перестают соответствовать наблюдаемым. Необратимость отвечает не какому-то дополнительному приближению, вводимому в законы динамики, а включению динамики в более широкий формализм.

Добавим к этим тезисам радикальное изменение к модели эволюции во времени, введенные Пригожиным. До этого и в классической, и в квантовой механике считалось, что если бы в некоторый момент времени состояние системы было «известно» с достаточной точностью, то будущее можно было бы предсказать (а прошлое восстановить), по крайней мере, в принципе. По Пригожину, будущее не входит в качестве составной части в прошлое, а потому предсказуемы лишь различные возможные сценарии.

Механизмы самопроизвольного воспроизведения структур чрезвычайно актуальны для биологии, поэтому идеи и подходы нелинейной термодинамики получили распространение в исследованиях клеточных и надклеточных структур, дифференцирования клеток и многих других проблем.

Вскоре в работах М. Эйгена впервые была сформулирована концепция отбора и эволюции биологических макромолекул из неупорядоченных систем на основе качественной теории гиперцикла как одного из принципов структурной самоорганизации открытых систем.

Тем самым была доказана непротиворечивость на элементарном Уровне эволюционных концепций физики и биологии.

Таким образом, нелинейная неравновесная термодинамика уже в период своего становления смогла привести к результату, имеющему фундаментальное, общенаучное значение для всего естествознания.

Но синергетический подход еще в стадии становления. К настоящему времени в нем самом можно выделить несколько направлений, обобщая которые следует говорить о совокупности идей и методов научного исследования, охватывающих процессы самоорганизации в самых различных структурных образованиях. В рамках синергетики, точнее, синергетического подхода объединяются теории диссипативных структур (И. Пригожин) и собственно синергетика (Г. Хакен), -теория описания процессов, сопровождающихся кооперативным эффектом, научное направление, изучающее общие механизмы, присущие как живым, так и неживым формам самоорганизации материи.

Несколько иначе трактуют этот подход отечественные специалисты, но принципиальная идея - представить мир в виде процессов наподобие турбулентностей, волн, солитонов, диссипативных структур (С. Курдюмов) - для представителей этого направления сохраняется.

Эволюционная парадигма как идея глобального эволюционизма стала в менталитете человечества очевидной. Но абстрактная или, точнее, спекулятивная формулировка этой идеи сменилась на научно оформленную лишь в результате ассимиляции идеи глобального эволюционизма физикой (эволюционирующие космогонические модели Вселенной, необратимость физических процессов), химией (каталитические системы, элементарные каталитические системы А. Руденко), биологией (биогенез, синтетическая теория эволюции, несводимость микроэволюции к микроэволюционным изменениям), социологией (тектология А. Богданова). А разработка теоретического механизма глобального эволюционизма стала возможной после «кристаллизации» синергетического подхода. Конечно, специфика картины мира допускает многоязычие средств выражения идеи всеобщего развития, но основанный на идеях Б. Белоусова, И. Пригожина, Г. Хакена и других язык диссипативных структур и кооперативного эффекта наиболее адекватно описывает процессы самоорганизации и самодвижения.

Таким образом, в рамках синергетического подхода самоорганизация определяется как одна из форм организации материи. При этом отделяются, с одной стороны, равновесные формы организации от самоорганизации, а с другой - под «крышей» синергетического подхода объединяются в особый класс динамические, физические, химические и биологические структуры, которые ранее принципиально не сводились вместе.

Именно это обстоятельство вызвало огромный мировоззренческий всплеск вокруг традиционных проблем эволюции, развития и необратимости. Неудивительно, что возникают новые научные представления мира, детерминируемые синергетическим подходом. Приведем, к примеру, упрощенную его картину, созданную под воздействием идей Брюссельской школы И. Пригожина: небольшая часть Вселенной устроена по классическим механическим закономерностям. Такие системы замкнуты. Большая часть Вселенной, по Пригожину, состоит из открытых систем, которые обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. К открытым системам относятся биологические и социальные, понять их в рамках классических механических закономерностей принципиально нельзя. Открытый характер большинства систем Вселенной делает картину мира неустойчивой, неравновесной, и следовательно, основная доминанта мира - необратимость.

Ключевым моментом в таком представлении мира являются точки бифуркации, в которых происходит смена стратегии развития, но ее невозможно предсказать, поскольку она носит спонтанный характер. Поэтому главная особенность таких моделей развития - неопределенность будущего и, следовательно, возможность различных форм организации, направлений развития. Ценностно-антропоцентристские моменты в такой картине полностью нередуцируемы, ибо человек включен в глобальный эволюционный процесс в качестве носителя его субъективной составляющей.

Мировоззренческие выводы из таких концептуальных подходов настолько необычны, что стали поводом провозглашения нового диалога человека и природы, получившего название «неклассического». Сейчас идет осмысление такого подхода к процессам самодвижения, самоорганизации и вместе с тем происходит дальнейшее развитие собственного синергетического подхода. Совершенно определенно можно уже констатировать, что решить сверхзадачу - объяснить природу биологической организации с помощью законов физики в рамках синергетического подхода - не удалось. Естественно, возникает вопрос: случайно это или закономерно? Ведь в рамках философской постановки вопроса давно уже устоялся запрет на редукцию высшего к низшему. Однако практические успехи синергетического подхода как абстрактной теории качественных скачков в организации материи столь впечатляющи, что заставляют вновь обращаться к феномену синергетики.

Представляется, что любой обобщающий подход к проблеме самоорганизации (независимо от того, является он исчерпывающим или нет) должен привнести положительные моменты в формирующуюся картину мира с точки зрения теоретического обоснования процессов самоорганизации.

Заключение

Синергетический подход позволяет, во-первых, не только выявить существование инвариантных характеристик эволюционных процессов, но и выразить их в форме, пригодной для математико-информационной обработки.

Во-вторых, для ассимиляции всеобщей идеи развития он дает возможность «подключить» всю мощь теоретических методов наук естественнонаучного цикла (физики, химии, биологии) и наметить путь единения с социально-гуманитарным знанием.

В-третьих, синергетический подход как наиболее развитая теория самоорганизации ведет к изменению теоретико-познавательных установок. Так, термодинамика неравновесных процессов, исследующая феномен физической самоорганизации, спонтанного возникновения диссипативных структур из беспорядка, способствует открытию процессов, протекающих с локальным уменьшением энтропии.

В-четвертых, синергетический подход как формирующаяся общая теория развития природы, общества и отражающего их мышления «помогает» материалистической диалектике рассматривать природу не в роли пассивного объекта, а как бытие активное, деятельное и самотрансцендентное. Тем самым интуитивная догадка об эволюции получает научное подтверждение, разрушая постулат о неизменности, вечности законов природы. Таким образом, синергетический подход придает современной картине мира неклассический характер.

Наконец, синергетический подход инициирует создание средств описания внутренне эволюционирующей Вселенной, неотъемлемой частью которой являемся и мы сами.

Список использованной литературы

1. Баранцев Р.Г. Синергетика в современном естествознании. - М.: Едиториал УРСС, 2003 г. 144 с. (Серия «Синергетика: от прошлого к будущему)

2. Дмитриева М.С. Синергетика в науке и наука языком синергетики //Сборник статей.- Одесса. Изд-во «Астропринт». - 2005. - 181 с.

3. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. М., 2002. - 279 с.

4. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры - СПб.: Алетейя, 2002. - 414 с.

5. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. Синергетическое мировидение.- М.: КомКнига, 2005. - 240 с. (Синергетика от прошлого к будущему)

6. Котельников Г.А. Теоретическая и прикладная синергетика, 2005 г. 105 с.

Размещено на Allbest.ru