Copyright© Крайнюченко И.В., Попов В.П. 2005, All rights reserved

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

1. ЭНТРОПИЯ

 

Впервые понятие «энтропия» эмпирически было  выведено Клаузисом в 1865 г. Эта функция вида S=Q/T (Q - теплота, Т- температура) трактуется как часть внутренней энергии системы, которая не может быть переведена в работу. Л. Больцман (1872 г.) для идеального газа теоретически вывел выражение энтропии S = K ln W, где К – константа; W – термодинамическая вероятность (количество перестановок молекул газа, не влияющее на макро состояние системы) [1]. Для многих гуманитариев приведенные формулы ни о чем не говорят. Они обращают внимание только на выводы, в которых энтропия Больцмана трактуется как мера беспорядка, мера хаоса системы. А. А. Петрушенко справедливо отмечает, что энтропия – это функция, «привязанная» к поведению простых атомарно-молекулярных систем. «Энтропия проявляется в разных формах, а термодинамическая форма энтропии является лишь частным случаем» [2].

Если нет критериев хаоса для сложных систем, то невозможно говорить о росте или уменьшении беспорядка. Энтропия может выражать беспорядок только простых систем. Для сложных систем еще предстоит найти способ, характеризующий порядок – беспорядок.

Сложные системы многоплановые. Беспорядок в одних функциях может компенсироваться порядком в других. Ученый может быть очень упорядочен в своих умозаключениях, но быть совершенно беспомощным в бытовых вопросах. Философ способен гносеологически организовать мир, но не умеет починить водопроводный кран.

Прежде чем продолжить анализ следует обратить внимание на то, что Больцман упростил Мир до предела, представив его идеальным газом, не учитывая того, что все молекулы обладают своей внутренней структурой, взаимодействуют друг с другом, находятся в поле тяжести, совершают колебательные движения и т. д. Но систем, где отсутствует взаимодействие, в природе не существует и с точки зрения синергетики они развиваться не могут. Несмотря на это энтропию не критично стали привлекать для описания сложных развивающихся объектов. Еще Больцман считал биологическую жизнь явлением, способным уменьшать свою энтропию. Согласно Больцману и его последователям вся  Вселенная идет к тепловой смерти.

Антитезой Больцману выступали эволюционисты. В частности Ч. Дарвин показал, что процессы, происходящие в Мире, в ходе эволюции (возникновение жизни) не только не деградируют, но все время усложняются. Первая половина ХХ века вопреки прогнозу Л. Больцмана принесла человечеству модель рождения и эволюции Вселенной, где над деструктивными процессами преобладали процессы самоорганизации. Из однородного гелий - водородного облака путем гравитационного сжатия стали образовываться плотные сгустки материи – звезды, планеты. Вселенная становилась неоднородной, как по плотности, так и по температуре. Химический состав ее усложнялся. Кроме простых атомов водорода и гелия в недрах звезд возникли все элементы таблицы Менделеева. Появилась жизнь. Разве это деградация? Но консерватизм мышления стоек. Биологи, например, стремятся доказать, что жизнь постоянно уменьшает свою энтропию [3] и это есть главный признак жизни.

Понятием энтропия продолжают пользоваться не только биологи. В 1948 К. Шеннон ввел понятие «энтропия» в теорию информации [4]. Если сигнал на выходе канала связи является точной копией сигнала на входе то, с точки зрения теории информации, это означает отсутствие энтропии. Формулы Больцмана (S = K ln W) и Шеннона (H = -∑Pi log₂ Pi) имеют лишь внешнее сходство. Сам Шеннон предостерегал от чрезмерного расширение его энтропии и сопоставления её с термодинамической энтропией. Но произошло то, от чего предостерегал Шеннон.

Приведём пример, когда развитие изолированной системы, которое согласно второму закону термодинамики должно сопровождаться ростом энтропии, вопреки выводам Больцмана и суевериям современной синергетики не сопровождается ростом беспорядка [5, 6]. Принято считать, что состояние жидкой воды более хаотично, чем состояние кристаллической воды (льда). Поместим смесь льда и воды в изолированную камеру при условии, что температура льда существенно ниже температуры воды и доля льда превышает долю воды. Через некоторое время вода замерзнет. В термостате не окажется «хаотической» воды, а будет только «упорядоченный» лед. Получается, что в изолированной системе самопроизвольно свершился процесс роста упорядоченности, а это противоречит общепринятым представлениям. Если взять избыток жидкой воды и мало льда, то процесс пойдет в обратном направлении. Лед превратиться в жидкую воду. Итак, при некоторых условиях процесс самоорганизации в изолированной системе может быть направлен не к хаосу, а к порядку. Для того, чтобы окончательно избавиться от догмы, накладывающей запрет на развитие изолированных систем, рассмотрим ещё ряд примеров.

Изолированная система представляет собой некоторую совокупность элементов и связей, помещённых в оболочку, непроницаемую для вещества и потоков энергии. В такой изолированной системе должны соблюдаться законы сохранения энергии и вещества. Если бы из системы «утекало» вещество, то внутри системы законы сохранения не соблюдались бы. Принято считать, что развитие некоторой системы может протекать только с использованием ресурсов, которые находятся во внешней среде. Покажем, что это не всегда так.

Построим изолированную систему, в которую включим источники ресурсов и подсистему утилизации «отходов». В такой изолированной системе будут протекать любые процессы, в том числе и развитие с усложнением, пока не истощаться запасы ресурсов. В зависимости от ёмкости запасов и размеров системы развитие может протекать миллиарды лет. Промышленные предприятия могут работать месяцами на запасённых ресурсах. Морской лайнер без дозаправки может пересечь океан. Примером может служить также наше Солнце и солнечная система, которая очень слабо связана с другими звездными системами в нашей галактике. Энергия Солнца черпается из внутренних процессов синтеза «тяжелых» элементов. Сырьё для синтеза попало туда на начальной стадии сгущения газопылевой туманности. И эти процессы обеспечивают развитие Солнца от плазменного состояния к состоянию «белого карлика» уже 5 млрд. лет. С точки зрения человека – целая вечность.

Наша Вселенная развивается за счет энергии, выделившейся при Большом взрыве в начальной стадии эволюции. Если наша Вселенная изолированная, то она развивается на внутреннем источнике ресурсов. Сложившееся заблуждение о косности изолированных систем основывается на опытах, проведенных на системах очень малой энергоёмкости, где затухание процессов протекало быстро, и переходные состояния из наблюдения исключались. Незаметно лабораторные представления перенесли на макро и мега системы.

В свете изложенного материала, целесообразно обсудить утверждение, что свойствами диссипативных систем являются открытость, неравновесность и нелинейность. Это утверждение не вызывает возражения, но такие же свойства могут присутствовать и в изолированных системах. Следует добавить, что «изолированность» понятие не абсолютное. Полностью изолированных систем не бывает. Существуют системы с очень ограниченным обменом с окружением. С момента изоляции система может длительно дрейфовать к равновесному состоянию, поэтому и в изолированной системе присутствует состояние неравновесности. Наша планета до сих пор не пришла к равновесному состоянию и продолжает миллиарды лет остывать. На глубинах 40 - 80 километров температура превышает 1000⁰ С.

Нелинейность представляет собой атрибут не только открытых систем. Линейность всегда идеализация. Весь мир нелинейный, но степень нелинейности может быть разной и переменной, иногда ею можно пренебречь.

Возвращаясь к энтропии, можно добавить, что все законы термодинамики носят статистический характер и «работают» только в системах, где элементами являются атомы или молекулы, причём при высокой плотности вещества. Если рассматривать очень разреженные газы, когда в 1см³ имеются единицы молекул, то в этих случаях законы термодинамики и понятие «энтропия» не приемлемы. Если молекула всего одна, то, о её хаотичности говорить не приходиться. Следовательно, даже не во всех молекулярных системах можно применять энтропию. На более низком уровне сложности, в мире элементарных частиц, нуклонов, энтропия как функция состояния вообще не используется.

В мегамире имеются системы, содержащие сотни миллиардов кинетических единиц. Например, галактики, содержат сотни миллиардов звезд. Каждая звезда обладает кинетической энергией (движение). Звёзды связаны силами гравитации в скопления – галактики, которые довольно стабильно сохраняют свою форму. Однако звездные агрегаты и звезды не принято характеризовать энтропией. После своего образования звезда может не обмениваться веществом с другими звёздами. И при этом в жизненном цикле звезды можно увидеть переход от плазмы (хаос) к нейтронной звезде (порядок). Хаос переходит в порядок, а не наоборот.

Обратимся  в мир живых и социальных систем и посмотрим, есть ли там место для энтропии. Проследим, как изменяется количество элементов в единице объема при восхождении по лестнице эволюции.

В нормальных условиях в 1 см³ газа содержится около 10¹⁹ атомов. В живой клетке плотность вещества выше, но элементами являются не атомы, а гигантские белковые молекулы. Оценим приблизительно 10¹⁴-10¹⁵ молекул в 1см³. Живые ткани содержат в 1 см³ ~ 10 ⁹ клеток. Организм имеет несколько сотен органов. Чем выше иерархический уровень объекта, тем меньше кинетических единиц содержится в единице объема. Но при малом количестве элементов энтропия «теряет свои полномочия», так как функция S= K ln W статистическая.

В научном мышлении существует мнение, что живое создает вокруг себя беспорядок (хаос), но повышает свою упорядоченность (Винер, Шредингер). В свете изложенного выше это следует понимать так. Живое потребляет высокоупорядоченные ресурсы, а сбрасывает в окружающую среду нечто мало организованное. Докажем, что это стойкое заблуждение, как и использование понятия «энтропия» для биологических объектов.

Растения потребляют их атмосферы газы (CO₂), из почвы воду и некоторые микроэлементы. В окружающую среду они отдают газы (O₂, CO₂, H₂O), некоторые метаболиты и рассеивают тепло. В первом приближении энтропия входных и выходных материальных потоков отличается мало (на входе газ и на выходе газ). Животные, потребляющие кроме газов и воды высокоорганизованную материю в виде белков, жиров, углеводов, трансформируют их в свое тело аналогичной сложности. В биосфере отходы одних организмов являются высококачественным сырьем для питания других, поэтому ценные метаболиты организмов нельзя считать веществом с высокой энтропией. Более того, живое вещество по Вернадскому не упрощает косную материю, а даже усложняет, множит разнообразие. Нефть, уголь, месторождения железа, бокситов, мела, известняка и многих других минералов созданы живым веществом. Поддержание состава кислородной атмосферы Земли, этого явно неравновесного состояния, также является деятельностью живого [7]. Тогда о какой же деградации окружающей среды идет речь?

Однако имеет место деградация энергии. «Высококачественная» световая энергия Солнца превращается в энергию химических связей тканей растений, которая затем после гибели растения деградирует в тепло. Однако переход света в тепло не является спецификой только живого. Этот процесс еще с большей интенсивностью осуществляется неживой материей. «Неживая» поверхность Земли поглощает весь приходящий от Солнца свет и затем в виде тепла излучает энергию обратно в космос, а живое вещество утилизирует всего несколько процентов солнечной энергии.

Но человек уменьшает разнообразие биосферы, могут возразить оппоненты, и этим увеличивает её энтропию. Действительно человек уменьшает разнообразие «дикой» биосферы, но при этом увеличивает разнообразие «культурной» биосферы (домашние животные и растения). Невероятно быстро растет разнообразие техносферы, естественно входящей в понятие внешней среды для человека. Кроме того, внутреннее разнообразие системы прямо никак не связано с величиной её энтропии. Принято считать, что кристалл является образцом порядка с минимумом энтропии, но трудно придумать что - либо  более однообразное, чем кристалл. Наиболее развитые предприятия и организации общества стремятся упростить систему управления, но это никак нельзя связывать с деградацией.

Каждый уровень организации Мира должен описываться (и описывается) своим языком. Можно ли только по срезу на пеньке дерева судить об организации кроны, форме листьев, запахе цветков и т. п.? Нельзя понять сложное явление, опираясь на очень простые модели. Попытайтесь описать архитектуру здания, зная только структуру кирпича. Законы термодинамики способны описать газ, но для характеристики дома их явно не достаточно.

Используя системное видение мира, можно объяснить, что в сложных системах законы термодинамики просто не работают. Законы термодинамики действуют в идеализированных системах, где во внимание принимаются только тепловые процессы и потоки, а другие стороны объектов (структура, саморазвитие, управление, форма, цвет, запах эмоции, сознание и пр.) не включаются в модель термодинамической системы.

Термодинамика «слепа» ко многим сторонам мира. В сложных объектах, которые являются синтезом, совокупностью множества различных систем, энтропия «работает» только на нижних этажах. Для аналогии можно привести образ дома. Допустим, нижний этаж состоит из атомов, молекул. Рост «энтропии» фундамента (выравнивание температуры, гомогенизация состава бетона, рассасывание внутренних напряжений) никак не повлияет на состояние крыши и настроение жильцов верхних этажей. Разрушение фундамента (это рост сложности, появление множества отдельных, связанных между собой фрагментов, возникновение трещин и внутренних напряжений) может повлиять на прочность дома. Дезорганизация сложных систем не всегда приводит к хаосу. Если каменную глыбу распилить на блоки правильной формы, то дезорганизация глыбы не выглядит как хаос.

Несмотря на сказанное, понятием «энтропия» оперируют в разных науках, следовательно, в этом есть какая то потребность. Попытаемся понять это. В молекулярных системах в ряду: газ - жидкость – кристалл энтропия уменьшается. Визуально в этом ряду возрастает и способность сохранять структуру (форму). Газ стремится неограниченно расшириться и не имеет формы. Капля жидкости уже оформлена (сфера), но ещё не прочно. Кристалл представляет образец устойчивости. Живое вещество существует и сохраняет устойчивость, упорядоченность, но не вследствие понижения энтропии, а благодаря процессам управления. По своей сути и энтропия Шеннона, характеризуя устойчивость сигнала к помехам, является мерой неустойчивости, мерой «зашумленности» канала связи. Итак, в случае с энтропией произошла подмена понятий, под энтропией стали понимать меру устойчивости системы.

 

Литература

 

1.      Кузнецов Б. Г. К истории применения термодинамики в биологии. // Биология и информация, 1965.

2.      Петрушенко Л. А. Самодвижение материи в свете кибернетики. - М.: Наука, 1971.

3.      Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. - М.: Высшая школа, 1983.

4.      Шеннон К. Э. Математическая теория связи. Работы по теории информации и кибернетике. - М.: Мир, 1963.

5.      Штеренберг М. И. Проблема Берталанфи и определение жизни. // Вопросы философии, 1996, №2.

6.      Штеренберг М. И. Синергетика и биология. // Вопросы философии, 1997, №3

7.      Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. / Под ред. Жукова М. Ф..- Новосибирск.: ЮКЭА, 1997.

 

2. УПРАВЛЕНИЕ И САМООРГАНИЗАЦИЯ

 

Согласно определениям, система - это некоторая целостность, сохраняющая свой гомеостазис, устойчивость. Устойчивость сохраняют и атомы, и живые организмы. Академик Степин В. С. считает, что всей Вселенной присуща некоторая «организменность» [1]. Для реализации устойчивости должен существовать некий природный механизм. Такой механизм принято называть управлением или самоорганизацией.

Теория управления, созданная главным образом для человеческих систем, представляется как междисциплинарная наука о рациональном достижении некоторых системных целей. Например, управление персоналом, финансами, инвестициями, армией, рынком, государством, техническими системами [2, 3, 4, 5]. Но идеи управления распространяются и на другие научные дисциплины (биология, генетика, экология, теория эволюции, психология, педагогика, политология, и др.). Биологи видят управление во всех живых системах. Кибернетики обнаружили общность механизмов управления в биосистемах и автоматических устройствах [2, 3]. На практике механизмы управления изучаются разными, изолированными друг от друга, научными дисциплинами. Специалисты пользуются своей «отраслевой» терминологией и понятиями, часто не замечая, что говорят на разных языках об одном и том же.

Устойчивость живых и неживых систем реализуется различным способом, в этом и состоит главное различие между живым и неживым веществом. В живых объектах устойчивость реализуется не столько через прочность связей, сколько через способность к регенерации (самовосстановлению). Можно построить сооружение из очень прочных элементов, но можно соорудить его из «слабых», но легко замещаемых элементов, в этом сдучае сооружение также будет долговечным, если своевременно осуществлять замену «слабых звеньев». Однако регенерация требует целенаправленных действий (выявление дефектов и своевременный «ремонт»). В социальной сфере этот процесс называют управлением. В теории систем целенаправленность является необходимым атрибутом системы.

Для живых систем трудно применить классическое понимание устойчивости, которое подразумевает возвращение системы в исходное состояние после выхода из равновесия. Сложные системы не имеют состояний устойчивого равновесия и постоянно дрейфуют в зоне аттрактора. Живые системы оказывают сопротивление негативному воздействию посредством реорганизации своих процессов и структуры. Кроме того, живые системы могут и не сопротивляться внешним воздействиям, если последние благоприятны. После прекращения внешнего воздействия (реально оно никогда не прекращается) живая система возвращается к некоторому подобию прежнего равновесия. В этом и заключается «устойчивость» живых объектов. «Устойчивость» живых систем корректнее характеризовать понятием «жизненный цикл». Чем длиннее ЖЦ, тем устойчивее объект.

 

 

	Память генетическая

 

 

	Память социальная

 

 

 

 

Рис. 2.1. Обобщенная модель управления. ОУ - объект управления. УП – управляющая подсистема. Ф – информационный фильтр.

 

Принято считать, что своеобразным интегратором знаний об управлении явилась кибернетика (1940-1950 гг.). Но задолго до кибернетики (в 1912 г), наш соотечественник А. Л. Богданов [6] создал всеобщую организационную науку, которая содержала несколько важных идей, повторно сформулированных четыре десятилетия спустя Н. Винером и Р. Эшби на ином языке. А. Богданов осмыслил явление, ставшее ключевым принципом кибернетики [2,3], которое в теории управления получило называние «обратная связь».

Рассмотрим основные концепции теории управления. На рис. 2.1 представлена универсальная кибернетическая схема управления [7]. Неизменными атрибутами всех систем управления являются:

·      замкнутый нелинейный канал - проводник потоков вещества, энергии, информации (ВЭИ) (жирные стрелки). Его называют «контур обратной связи»;

·      контур способен фильтровать информацию (Ф), запоминать информацию, проводить ВЭИ потоки и препятствовать их диффузии за пределы канала;

·      канал в любых участках может иметь связи с окружающей средой;

·      наиболее концентрированный ВЭИ поток (потоки) из окружающей среды называют «Вход»;

·      наиболее концентрированный ВЭИ поток (потоки) из контура во внешнюю среду называют «Выход»;

·      главной целью системы является сохранение своих функций;

·      адаптация контура осуществляется посредством перестройка внутренней и внешней среды (гомеокинез);

·      Стимулами к адаптации является рассогласование (дисгармония) состояния внутренних и внешних параметров.

На рис 2.1 показана система управления с двумя контурами (УП₁ и УП₂), но последних может быть и больше. Высшая подсистема управления (УП₂) доминирует над низшей (УП₁). Подсистема управления может содержать раздельные блоки принятия и исполнения решений. Нижние центры управления ограничены решением «внутренних» проблем, исходя из имеющихся в центре ресурсов. Верхние уровни ориентированы, кроме того, и на внешнюю среду. Они управляют как подсистемами, так и надсистемами, подключают внешние ресурсы для решения проблем организации. Открытость системы реализуется именно верхними уровнями управления. Чем совершеннее управление, тем эффективней оно влияет на окружающую среду (примером является человечество).

Кибернетик С. Бир, разработал модель жизнеспособной фирмы, напоминающую схему управления в живых организмах [7]. Система имеет пять иерархических уровней управления. Каждый уровень имеет «договорные полномочия» о своей автономности и работает в границах своей компетенции.

В системах управления присутствуют фильтры «Ф», которые отсеивают бесполезную информацию. Все управляемые параметры совершают колебания в зоне аттрактора в связи с инерционностью механизмов управления. Флюктуации являются необходимым элементом механизмов самоорганизации очень сложных природных систем.

Приведенная «классическая» схема является частным случаем поддержания гомеостазиса и не способна работать в режиме гомеокинеза (режим развития).

Управляемые системы всегда инерционны, т.к. для распознавания отклонения и осуществления реакций требуется память и время.

Итак, управление и самоорганизация невозможны без наличия памяти, поэтому память является атрибутом всех объектов. Рассмотрим примеры.

В любой управляемой системе в составе ВЭИ контура должен присутствовать блок «генетической» памяти, где хранятся алгоритмы развития и реакции системы на внешние воздействия.

В простейших неживых объектах память может быть распределенной по всей системе. Известно, что вода может «запоминать» магнитное воздействие (омагниченная вода), талая вода помнит структуру льда, известна гомеопатическая память жидкостей и др. Существуют материалы, способные  «вспоминать» свою форму, потерянную в результате сильных деформаций. В технических системах программы поведения задаются конструктором (человеком).

Атом обладает способностью «запоминать» прошлые события. Под влиянием внешнего электромагнитного поля электрон может «перейти» на более высокую орбиту и находиться на ней определенное время, то есть помнить воздействие. Возврат электрона на свою стабильную орбиту сопровождается излучением кванта энергии и является реакцией на внешнее воздействие. Это свойство атомов в наше время используется для построения логических элементов типа «да – нет», входящих в системы искусственного интеллекта [9].

Атомы способны взаимодействовать, образуя молекулярные соединения. Атомы способны долго выдерживать «натиск» внешней среды, сохраняя свой гомеостазис. За время «жизни» они могут образовывать еще более сложные и более разнообразные соединения. Для атома внешней средой являются не только соседние атомы, но и вакуумные структуры, через которые могут замыкаться обратные связи. Представить схему этих обратных связей пока не представляется возможным, т.к. структура физического вакуума еще не понята.

Между внешней средой и молекулярным агрегатом происходит обмен энергией и информацией. Например, квант света может поглотиться молекулой, перевести ее в возбужденное состояние. Через некоторое время молекула возвращает в окружающую среду квант другой частоты.  Молекулы распадаются на фрагменты («умирают») и из обломков возникают снова («рождение»). Этот процесс равновесный. И эти реакции статистически предсказуемы. Иными словами молекулярные реакции детерминированы.

Факторы, комбинация которых порождает управление, существуют в разрозненном виде и на элементарном уровне материи. Например, если в насыщенный раствор соли попадет кусочек кристалла той же соли, то возникнет целенаправленный процесс перехода соли из раствора на кристалл. Кристалл будет расти, а в растворе концентрация будет уменьшаться, пока не наступит равновесие. Здесь «работает» доминирующий элемент (кристалл), который своим присутствием навязал системе определенное поведение. Представьте аналогию. В человеческом коллективе появился неформальный, харизматический лидер, который своим обаянием привлекает к себе людей. Вокруг лидера может возникнуть неформальная группа, объединенная общими интересами. Группа будет расти, увеличиваться в численности, пока не наступит равновесие и не прекратится рост.

Память живого вещества в начале фиксировалась на белковых молекулах и полинуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Затем появилась память, отраженная на скоплениях нейронов (мозг, ганглии). И, наконец, - память, на неорганических носителях разной природы, как составная часть техносферы. Рассмотрим форму существования блока «социальной» памяти в среде бактерий.

Гены всей колонии являются коллективным банком информации Существует множество способов передачи генетической информации от одной бактерии к другой (трансдукция, сексдукция) Кроме того, переносчиками информации между клетками могут быть вирусы [10, 11, 12].

Блок социальной памяти индивидуума исчезает вместе со смертью организма. Потомки получают при рождении только генетическую память. Всё остальное приходится приобретать в ходе онтогенеза, в результате обучения. Тем не менее, жизненный опыт организма не исчезает полностью после смерти, а частично хранится в памяти социума и даже в генах. Каждый вновь родившийся организм, унаследовав багаж генетической памяти предков, подключается к банку социальной памяти. Носителям социальной памяти у животных является мозг, а у человека добавляется информация, записанная на техногенных носителях (бумага, магнитные материалы, фотоматериалы и т. п.).

В связи с тем, что социальная информация сохраняется в интегральном мозге всей популяции, смерть отдельного индивидуума не приводит к её исчезновению. Социальная информация может исчезнуть только при полной гибели всех видов живых существ. По этой причине классическая схема управления на рис. 2.1. дополнена блоком «социальной памяти». В обычных кибернетических системах этот блок отсутствует.

Дарвинская наследственность тоже является проявлением феномена памяти, её можно увидеть и в неживой природе. Молекулы хранят память об создавших их атомах. Горные осадочные породы хранят память о прошлых геологических эпохах. Вероятно, в живых клетках можно найти структуры, хранящие памяти об эволюционных предшественниках.

В ходе эволюции памяти живых и разумных систем информация приобрела сигнальный характер. Сигнал представляет собой информационный код, запускающий программу считывания информации из памяти приёмника. Подразумевается, что приёмник информации содержит у себя сведения, знания о содержании сигнала. Например, красная ракета есть сигнал начала атаки. Знаки дорожного движения являются кодированной информацией. Нервный импульс не несет информации о причине боли, но является командой отдернуть, например, руку.

Принято различать понятия «управление» и «самоорганизация». Управление подразумевает действия, направляющие систему на достижение некой цели, отбор нужных траекторий движения. В управляемых системах можно найти постоянную (персистентную) подсистему управления, срок существования которой соизмерим с жизненным циклом организации (например, клетка, организм, государство, фирма, предприятие.) В человеческом обществе вожди могут сменяться, но управляющий центр сохраняется длительное время.

Однако в природе существуют объекты стабильно развивающиеся, адаптирующиеся, но при этом в них очень трудно вычленить доминантную (управляющую) подсистему. Такими системами являются, например, колонии бактерий [13], биоценозы и, наконец, вся биосфера. К этому же классу можно отнести человечество в целом. Самоорганизующиеся системы, по сути, являются управляемыми. Покажем, что это стохастическое управление.

В процессе самоорганизации управляющие центры появляются неожиданно (стохастически), осуществляют воздействие на систему и исчезают, сменяют друг друга или действуют одновременно, как солисты в джазе. Все исполнители согласуют свои действия с ними.

Поток автомобилей на дороге самоорганизуется, следуя очень простым правилам. Основная цель всех участников движения одна, доехать без аварии, поэтому маневр каждого вызывает «охранные» маневры партнеров по движению. Каждый становится «калифом на час». Непрерывно возникают и распадаются контуры управления. Каждый может быть лидером и тут же стать сателлитом. Маневры совершаются по очереди (соло) или одновременно (ансамбль). Задача остальных участников ответить на маневры временных лидеров своими маневрами, обеспечивающими безопасность движения.

Своеобразие самоорганизации заключается в коротком жизненном цикле индивидуального лидера и небольшом наборе программ поведения. Для автомобильного потока достаточно нескольких алгоритмов действия: вперед, назад, стоп, влево, право. Если очередной участник движения подаст сигнал непонятный другим, то наступит катастрофа. Итак, самоорганизация – это быстрая или незаметная для наблюдателя смена элементов управления. Стохастизм проявляется в непредсказуемости появления лидеров.

Самоорганизация может протекать как борьба (эгоизм) и как сотрудничество (альтруизм). Автомобильный поток самоорганизуется на благо участников, но самоорганизация экономического рынка эгоистична, т. к. каждый стремится сокрушить конкурентов и стать монополистом.

 

Литература

 

1.Степин В. С., Кузнецова Л. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. - М.: 1999.

2.Винер Н.  Кибернетика. - М.: 1968.

3.Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. - М.: Иностр. лит., 1968

4.Виханский О. С., Наумов А. И.  Менеджмент. - М.: Гардарика, 1999.

5. Радченко А. И. Основы государственного и муниципального управления: системный подход. -  Ростов н/Д, Ростиздат, 1997.

6. Богданов А. Л. Тектология. Всеобщая организационная наука. - М.: Экономика, 1983.

7. Абдеев Р. Ф. Философия информационной цивилизации. - М.: ВЛАДОС, 1994.

8. Бир С. Мозг фирмы. - М.: Радио и связь, 1994.

9. Лушнакова Л. Квантовые компьютеры. // Наука и жизнь, 1996. №6.

10. Терци М. Генетика и живая клетка. - М.: Мир, 1977.

11. Боген Г. Современная биология. - М.: Мир, 1970.

12. Трошин А. С., Трошина В. И. Физиология клетки. - М.: Просвещение, 1979.

13. Николаев Г. Удивительное сходство человека и амебы. // Наука и жизнь, 1998. №12.

 

3. ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ

 

Современная теория систем не может развиваться вне парадигмы глобального эволюционизма [1], которая является научно – философским направлением, представляющим собой систему взглядов на организацию и сущность развития живой и неживой материи на Земле, в нашей галактике и Вселенной. Фундамент глобального эволюционизма заложен русскими космистами (Н. Ф. Федоров, А. В. Сухово-Кобылин, Н. А. Умов, К. Э. Циолковский, В. И. Вернадский, А. Л. Чижевский). Впервые проблема целостности мира была поставлена В. И. Вернадским в 1910 г. на заседании академии наук в Санкт – Петербурге, где были заложены научные основы холизма.

Идеи эволюции можно встретить в трудах древних мыслителей [2]. Так, древнегреческий мыслитель Анаксимандр (6 в. до н. эры.) говорил, что человек произошёл от других животных, а его предки жили в воде и были покрыты чешуёй. Несколько позже Аристотель (4 в. до н. эры.) отмечал, что, случайно появившиеся у животных, полезные признаки сохраняются природой, так как делают этих животных более жизнеспособными, а их собратья, не имеющие таких признаков, погибают (Дарвин значительно позже пришел к аналогичным выводам).

Аристотель составил «лестницу существ», расположив организмы в порядке возрастания их сложности. Начиналась она камнями (неживое) и заканчивалась человеком (живое). Из этих представлений следует, что уже в глубокой древности человеческая мысль интуитивно улавливала единую первооснову неживой и живой материи, общность всего сущего, идею развития. Мыслителей – эволюционистов было меньшинство, а большинство людей считало мир стационарным с момента его сотворения.

Только на рубеже 18-19 вв. в науке наметились тенденции рассматривать не состояние, а становление мира. Кант создал модель рождения Солнечной системы, которая развивалась по схеме усложнения от пылевой туманности до Солнца и планет (гипотеза Канта – Лапласа). В 1809 г. Ж. Ламарк высказал идею изменчивости  видов живых существ, которую  Ч. Дарвин (1859 г.) развил в механизм эволюции. Эволюция представляет не просто факт изменчивости мира («Все течет, все изменяется»), а факт направленной изменчивости. Идея направленной эволюции выдвинута в 1850 г. Д. Дана (американский геолог и биолог). Идеи развития нашли отражение в философии Гегеля (начало 19 в.), согласно которой эволюция материального мира осуществляется как следствие развития некоторой абсолютной идеи.

В Библии сотворение (развитие) Мира также происходит под влиянием высшего разума (идеи) от простого к сложному. В библейском сценарии первые 6 дней творения осуществлялись по схеме усложнения. Однако эволюция человека в этой модели отсутствует. Человек создан по «образу и подобию» современного вида (хомо сапиенса). Никаких признаков «пещерности», дикости, никакой эволюции нет, что противоречит археологии.

Классическая термодинамика (Л. Больцман), исходя из следствий второго закона, утверждала изменчивость мира, но только в сторону деградации, роста беспорядка, хаоса (рост энтропии). Ошибочность этого прогноза (как оказалось в последствии) основана на использовании слишком простой модели (идеальный газ, изолированные системы) для описания сверхсложных систем (см. приложение 1).

ХХ век отмечен ломкой механистической модели Мира, признанием идей эволюционизма и провозглашением парадигмы глобального эволюционизма. Физик Шрёдингер (1944 г.) приходит к выводу, что кроме господства энтропии (хаоса) в живой природе есть обратный процесс упорядочения. Были открыты самоорганизующиеся процессы и в неживой природе. В химии стали известны самопроизвольные колебания химического состояния среды (реакция Белоусова – Жаботинского) [3]. Пригожин И. исследует процессы самоорганизации в открытых, диссипативных системах и развивает термодинамику нелинейных сред, в которых положительные обратные связи приводят к росту «упорядоченности» неоднородной среды (генерация сложности). Было открыто, что хаотические, конвективные, тепловые потоки при определенных условиях  могут становиться упорядоченными [4]. В слое жидкости, подогреваемой «на сковороде», при определенных условиях возникали гексагональные структуры правильной формы (ячейки Бернара). Всевозможные вихри, торнадо в атмосфере и гидросфере Земли также демонстрируют возможности самоорганизации. Установлена необратимость большинства известных процессов. Вместо бесконечной, стационарной во времени и пространстве Вселенной возникла модель развивающейся Вселенной, в рамках которой открыты механизмы образования звезд, галактик.

Обострился общественный интерес к проблемам развития. Это почувствовали в первую очередь те, кто по роду деятельности сталкивается с проблемами целостности: биологи, философы, экологи, социологи. Кибернетика интегрировала под эгидой управления биологические, социальные и механические системы и показала, что законы управления в разных системах имеют много схожего.

Принцип историзма (эволюционизма), заложенный в диалектике, распространился на всю Вселенную [1, 4]. Мы пришли к пониманию, что изменчивость наблюдается повсюду от элементарных частиц до космических объектов. Исторический аспект любой науки все более выдвигается на передний план, например, формируется эволюционная химия (историзм в химии). Ставятся вопросы об эволюции времени и пространства и даже о корректности понятия «мировая константа». Концепция глобального эволюционизма помогает увидеть общие закономерности развития неживого, живого и социального. Например, мозг есть не только у человека, он есть и у животных, птиц, рыб. Психика человека выросла из психики животных [5]. В настоящий момент в конце этой очень длинной цепи эволюции жизни на Земле стоит человек. Что будет дальше? От понимания этого зависит образ жизни и экономика, и политика.

В литературе бытует мнение, что системный подход больше направлен  на статику, чем на динамику, но и в системный подход внедряются идеи эволюционизма. Системный взгляд рекомендует оценивать цели любой человеческой деятельности взглядом из надсистемы, из окружения, из прошлого и будущего. Поэтому правила хорошего тона подразумевают учёт не только своих интересов, но и окружающих людей. Стратегия бизнеса должна учитывать интересы рынка и социума. Человечество долго не просуществует, если будет игнорировать «интересы» биосферы.

Парадигмы целостности и глобального эволюционизма должны стать мировоззрением, вокруг которого будет сформирована система жизни и индивида, и социума. Мировоззрение всегда определяло поведение людей. Например, ощущение временности своего существования порождает стратегию «после меня хоть потоп». Но страх наказания за грехи после жизни может остановить преступника.

Глобальный эволюционизм подразумевает историческую взаимосвязь систем разной сложности и объясняет генезис новых структур. Такие «синтетические» устремления проявляются в разных науках. Биологи хотят построить целостную теоретическую биологию. Математики хотят построить здание математики на единой основе теории множеств. Физики хотят создать единую теорию поля, представляющую собой теорию всех взаимосвязей. Возникло направление «эволюционная кибернетика» (попытка расширения кибернетики до эволюционизма) (Редько). А в пределе современные ученые хотят, как и их древние предшественники, создать модель «всеобщего».

Охват возможно большего разнообразия многогранного Мира требует очень широких знаний в области физики, химии, биологии, естествознания, социологии, управления, системного анализа. Узкая специализация ученых создаёт барьер для взаимного понимания, ограничивает видение Мира, не позволяет правильно прогнозировать будущее. Эволюционизм опровергает известный термин марксизма о «сверхспецифичности» человека, что якобы не позволяет применять законы природы к общественным системам.

Между законами простых и сложных систем нет непреодолимой грани. Появление новых уровней организации Мира порождает и новые законы, которые также эволюционируют, как и природа, но подобие между всеми законами сохраняется. Это и позволяет применять законы простых систем к социальным системам, но с некоторой корректировкой. Отсутствие корректировки часто приводило к заблуждениям. Примером может послужить ошибочный прогноз тепловой смерти Вселенной, исходящий из классической термодинамики.

Противопоставления типа: человек – природа, инстинкт – разум, естественное – искусственное, живое - неживое ныне не являются абсолютными. Системный взгляд на различные, сложные объекты увидел в них много общего. Искусственными было принято считать продукты деятельности человека, а то, что создала природа, считалось естественным. Здесь проводится недозволенное противопоставление типа «человек – природа». Однако и природа, и человек являются сложными объектами. Деятельность человека можно описать как деятельность природной подсистемы.

Например, птица делает гнездо. С точки зрения птицы гнездо есть искусственное сооружение. С точки зрения человека гнездо птицы представляет собой естественное сооружение. «Человек выступает и как субъект, и как объект деятельности природы» [6, 7].

С этой точки зрения техносфера (продукт деятельности человечества, обеспечивающий существование общества) является подсистемой общества, поэтому её следует признать составной частью живой системы. По аналогии частью человека признаются протезы, искусственные клапаны сердца, суставы, сосуды и пр. Человеческое общество порождено биосферой, поэтому является частью биосферы. Таким образом, парадигма глобального эволюционизма приводит к мысли, что техносфера порождена биосферой (как растение порождается семенем). Это меняет точку зрения на взаимоотношения техносферы и биосферы.

 

Литература

 

1.      Кохановский В. П., Тилинина Т. В. Методология современного естествознания.// Научная мысль Кавказа, 1997, №4.

2.      Философия современного естествознания: Учебное пособие для вузов / По общ. ред. проф. С. А. Лебедева. – М.: ФАИР – ПРЕСС, 2004.

3.      Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. - М.: Наука, 1974.

4.      Пригожин И., Стингерс И. Порядок из хаоса. - М.: Иностр. литература, 1986.

5.      Зорина З. А., Полетаева И. И. Элементарное мышление животных. Учебное пособие – М.: Аспект Пресс, 2002.

6.      Степин В. С., Кузнецова Л. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. - М.: 1999.

7.      Степин В. С. Теоретическое знание. – М.: 2000.

 

4. СИНЕРГЕТИКА

 

На волне идей глобального эволюционизма возникла наука о самоорганизации материи и механизмах глобальной эволюции. В 70 гг. ХХ века в науке сложилось понимание возможности самоорганизации материи под влиянием внутренних причин. Появились понятия: детерминированный хаос, фрактал, автопоэзис, диссипативные структуры, синергетика, бифуркация (вилка, расщепление путей развития, изменение состояний) [1, 2, 3, 4]. Все теории представляют собой учения о взаимодействии, о развитии, о самоорганизации объектов разной сложности.

Классическая наука мало интересовалась переходными состояниями и процессами. Из экспериментов их старались исключать. Но вся природа фактически является единым непрерывным, «переходным» процессом. Мы живем в эволюционирующем, переходном мире. Стационарные состояния кратковременны, поэтому динамика переходных процессов важнее, чем статика. Синергетика делает акцент на изучении неустойчивых процессов, т. е. процессов развития.

Синергетика родилась не на пустом месте. Из теории организации, теории систем были позаимствованы понятия «иерархичность», «системность», «обратные связи». Эти понятия до появления синергетики активно разрабатывались в кибернетике и общей теории систем. Кибернетика изучает процессы самоорганизации устойчивых систем. Термин самоорганизация впервые использовал кибернетик Эшби (1947 г.).

В диалектике широко использовались понятия «развитие», «скачки», переходы от одного качества к другому. Но эти понятия принимались как факт, без объяснения механизмов их осуществления. Дарвин очень успешно для своего времени объяснил механизм развития, который сводился к известной триаде: изменчивость, наследственность, естественный отбор. Дарвин считал, что случайные изменения организмов при благоприятных условиях могут наследоваться, что приводит к изменению вида. Дарвинская случайность противоречила лапласовскому детерминизму. Лаплас предполагал, что знание положения вещей во Вселенной в данный момент, автоматически делает известным положение вещей в любой другой момент времени [4]. Но уточнял, что знание законов является не точным, а вероятностным. В синергетике случайные процессы уже не игнорируются, а считаются важной составляющей развития.

Каждая наука описывает объекты «своим» языком. Синергетику интересует развитие любой природы, она описывает эволюцию на языке, понятном всем. Мировоззренческие следствия синергетического знания могут быть сформулированы без употребления математического инструментария и языка программирования, что делает их удобными для гуманитариев. Появилась надежда, что и сверхсложная социоприродная среда может описываться небольшим числом фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и математических уравнений.

Первые шаги в нелинейный Мир сделали математики, которые установили, что одна причина может порождать «букет» следствий. Согласно синергетическим представлениям некоторая система в ходе своего развития (движения) рано или поздно приходит в состояние неустойчивости. В зоне неустойчивости в результате флюктуаций траектория развития системы может резко измениться, происходят бифуркации. Количество возможных вариантов последующего существования не бесконечно и выбор их часто является делом случая. Под влиянием одинаковых воздействий механические системы могут резко, непредсказуемо менять свое состояние (совершать бифуркации) [4].

Математика открыла особый вид детерминированной случайности. Исследуя достаточно простые системы (для сложных не хватает «мощности» математического аппарата), были открыты механические объекты, поведение которых на основе изначально заданных параметров предсказать трудно [5].

В 1744 г. Л. Эйлер, используя вариационное исчисление для определения равновесных состояний сжатой колонны, обнаружил бифуркации её состояний. Смысл его эксперимента сводился к следующему.

Если жесткий вертикальный стержень сжимать вдоль вертикальной оси, то при некотором критическом напряжении стержень резко изогнётся. Направление изгиба (новое состояние) предсказать невозможно. Оно определяется случайными флюктуациями (малыми воздействиями) в момент бифуркации. Так была открыта динамическая случайность в простых механических системах [4, 5].

Следует обратить внимание, что работы Эйлера и Пуанкаре обнаружили явление бифуркаций в механических системах, которые скачком могут менять своё состояние, при этом, не нарушая своей целостности. Колонна Эйлера после снятия напряжения возвращается в исходное состояние. Неделимый объект одновременно может находиться только в одном из возможных состояний, поэтому бифуркации обратимо происходят по схеме «ИЛИ - ИЛИ».

Попытка решения задачи о движении трех массивных тел в поле собственного тяготения привело к странному результату. Находясь в окрестностях некоторого центра тяготения, массы совершают непредсказуемые, неповторяющиеся траектории движения. Зона притяжения траекторий движения объектов получила название «странный аттрактор».Таким образом, равновесие системы сводится не к статике, а динамике непредсказуемого движения в некоторой зоне притяжения. В данном примере случайность является свойством самой системы.

Развивая теорию бифуркаций, Пуанкаре А. (1912 г.) создал общую качественную теорию динамических систем. Следуя по пути Пуанкаре и Ляпунова (1857 – 1918 г.г.), Андронов и Понтягин в 1937 г. ввели важное топологическое понятие структурной устойчивости. Француз Р. Том создал основы теории катастроф. Продолжили его работы Арнольд и Зиман. Теория катастроф успешно используется при расчетах механических конструкций и оболочек. Однако, на социобиологические объекты распространить эту теорию затруднительно [5].

Итак, в научное мышление вошли понятия бифуркация, зона притяжения (аттрактор), динамический хаос, катастрофы. Впечатление от этой новизны было так велико, что наложило отпечаток на образ мысли ряда ученых. Часто эти понятия без изменений транслировались на свойства сложных систем. Современная синергетика пытается распространить механизмы самоорганизации, полученные на очень простых объектах, на социальные системы.

Изображение мира, ранее четкое, и простое, размылось, стало похожим на отражение в шероховатом, волнистом, кривом зеркале. Стало ясно, что прошлая четкость была следствием сильного абстрагирования, упрощения, нежелания видеть за прямыми линиями «извилистость» (фрактальность). Такой прямолинейный мир описывается декартовой системой координат, в которой оси бесконечные, равномерные и прямые. Прямолинейное видение Мира нашло отражение в стиле живописи, называемом кубизм, где контуры объектов вырисовываются прямыми или ломаными линиями. Всем ясно, что, если в наличии имеются только крупные фрагменты мозаики, то мозаичное панно получится очень грубым, приближенным, иногда неузнаваемым. Если же элементы мозаики мелкие, то изображение получается более подробное, четкое, и информационное содержание его велико.

Постнеклассическая наука «рисует картину» мелкими штрихами. Чем меньше размеры мозаики, тем точнее можно изобразить действительность. Модели стали содержать больше информации. От степени детализации картина Мира изменилась, стали прорисовываться причины саморазвития. Приведем примеры.

При измерении длины береговой линии острова наблюдатель обнаружит, что длина растет по мере повышения точности измерения. Если повышать точность измерительного инструмента в ряду: метр, сантиметр, миллиметр, микрон, ангстрем и т.д., то длина береговой линии будет стремиться к бесконечности. Уход от научного «кубизма» привел к открытию нелинейности мира, развитию нелинейного мышления.

Избыток информации обработать очень трудно, поэтому информацию приходится «ужимать». Например, в статистике, статистической физике используют средние величины. Но при усреднении может быть потеряна ценная информация. Известна шутка, что согласно статистике в больницах у пациентов средняя температура нормальная.

В синергетике также прибегают к сжатию информации (свертыванию сложности). Было обнаружено, что функционирование системы не в равной значимости зависит от начальных заданных параметров. Некоторыми параметрами можно пренебречь, но есть главные параметры, значимые для развития системы, которые назвали параметрами порядка. Задача синергетики и системного анализа сводится к обнаружению параметров порядка [4].

В 30 годах ХХ века Л. И. Мандельштам, развивая теорию колебаний, сформулировал проблему нелинейной культуры. Сложилась точка зрения, что весь Мир нелинейный. Линейность является сильным огрублением действительности, сильным упрощением. Линейные уравнения просты и имеют однозначные решения, поэтому желание объяснить мир простым способом толкало исследователей на путь линейного мышления.

Нелинейность поведения системы можно рассматривать как отклик не пропорциональный силе воздействия. Например, можно простудиться на легком сквозняке, но при этом спокойно пережить ледяной душ. Прочность волокна очень велика при растяжении вдоль оси волокна и очень мала в поперечном направлении. Сопротивление движению тела в жидкости возрастает не пропорционально скорости движения. Нелинейность - это различная чувствительность к разным параметрам воздействия, например, явление резонанса, удар в чувствительную точку, аллергия.

В восточном мировидении давно присутствует понимание нелинейной связи между причиной и следствием, между действием и результатом. Малым, но правильным усилием можно, фигурально выражаясь, «сдвинуть гору», построить сложную организацию. От Востока синергетика восприняла и развивает идеи целостности (все во всем), цикличности, общего закона, единого пути, которому следует Мир в целом. От Запада она взяла позитивные стороны традиционного анализа: опору на эксперимент, общую значимость научных выводов, их транслируемость от одной научной школы к другой, от науки - к обществу [4].

Совершенно однородная среда при перестройке структуры может увеличивать свою нелинейность. Можно представить себе плац, по которому свободно перемещаются группы солдат. При такой ситуации проехать на автомобиле через толпу нельзя. Но если солдат сгруппировать по ротам, то образуется свободное пространство, по которому можно проехать. Структуризация среды создала нелинейность и возможности, которых ранее не было.

Нелинейность проявляется в функциях полупроводниковых материалов, пропускающих электрический ток в одном направлении и не проводящих в другом.

Среды и системы могут быть разной степени нелинейности. Начиная с некоторой нелинейности, проявляются эффекты самоорганизации [4, 5, 6]. Простейшие образования Мира, простейшие структуры возникают спонтанно, как неустойчивости, в результате разрастания и усиления флюктуаций. Разным нелинейностям соответствуют разные типы структур. В таком случае Мир предстает как иерархия сред, которые обладают разными свойствами (разными значениями констант, разными типами диссипативных процессов, разными нелинейностями).

Для поддержания процессов самоорганизации необходимы обратные связи. Такие процессы были описаны еще в «Тектологии» А. Богданова [7], и далее развиты в «Общей теории систем» (ОТС) Л. фон Берталанфи [8]. На механизмах обратных связей основывается и кибернетика. Все кибернетические и электронные устройства, генерирующие колебания, имеют положительные обратные связи (приложение 2).

Синергетика и нелинейное мышление возникли в естественных науках, но её приложения полезны и для социальных процессов, например, экономических. Нелинейное мышление становится отличительной чертой человеческой истории. История переходит от описательной фазы к сослагательному наклонению. Ход истории оценивается в плане альтернативных сценариев [9, 10]. Синергетика сглаживает грани между естествознанием и обществоведением.

Но как всякая наука синергетика является лишь моделью, следовательно, в ней есть фрагменты ясно очерченные, но есть и нечеткие, размытые представления. «Размытость» часто носит субъективный характер. Поскольку здание синергетики строится специалистами (профессионалами) разных областей знаний, избежать взаимного непонимания трудно.

Фундамент синергетики заложили математики. У гуманитариев доверие к математике таково, что они все выводы принимают за абсолют, т. к. проверить их не могут. Математики могут не знать многих вариантов неупрощенной реальности и распространять свои выводы на класс явлений, который не поддаётся математической формализации.

Синергетика создала мощный эвристический потенциал, но её выводы для сложных (биологических, социальных, космических) систем следует применять с осторожностью. Для примера покажем, в чем состоит различие бифуркаций, протекающих в простых системах, от бифуркаций сложных объектов.

Бифуркации часто приводятся как пример случайного развития. «Неделимый» шар с вершины горы может скатиться или в одну или в другую сторону (бифуркация типа «ИЛИ – ИЛИ»). Но такая случайность все же предполагает существование детерминированного поля возможностей. Шар, находящийся на вершине пирамиды, имеет возможность скатиться в любую из четырех сторон, но не взлететь вверх. Предсказать точно направление падения нельзя. Возможностей всего четыре, но не больше. Однако лужа воды может стекать одновременно и в одну и в другую сторону (бифуркация по схеме «И – И»).

В качестве примера бифуркаций часто приводится образ витязя на распутье (по картине Васнецова) [6]. Человек стоит перед дилеммой, какой избрать дальнейший путь. Это пример развилки (бифуркации) для неделимого объекта по схеме «ИЛИ - ИЛИ». Но на развилке может находиться группа витязей, которая пойдет в разведку по всем возможным путям. В данном случае первоначальная система распадется на части и каждая часть может выбрать дальнейший, самостоятельный путь. Путей может быть не два (бифуркация), а сколько угодно («полифуркация»).

Выбор пути может детерминироваться историей, генетической памятью. Витязи могут иметь предпочтение, иметь желания, быть усталыми, голодными, сильными или больными и т. п. Выбор определяется памятью системы, а не только случайными флюктуациями. Кроме того, в данном примере пути дальнейшего развития (дороги) уже существовали до момента их выбора. Однако можно представить ситуацию, когда витязи, заблудившись в лесу, вынуждены прорубать себе просеки, т. е. самостоятельно создавать варианты дорог.

В сплошных средах изменение одних структур изменяет окружающую среду (элементы сами являются частью среды), поэтому бифуркации представляют собой совместный процесс трансформации объекта вместе с окружением. Природное равновесие активно нарушается обществом, и общество вынуждено взаимно приспосабливаться к новой среде. Новые возможности порождают новые технологии выживания.

Например, взрыв некоторой звезды можно отнести к бифуркации типа «ИЛИ – ИЛИ» т. к. путь звезды прекратился и возник путь пылевой туманности. Из пылевой туманности в определённой последовательности появляются и звезды, и планеты, и астероиды. Пылевая туманность породила букет следствий («И – И»). Как видно, вариантов поведения сложных, делимых систем намного больше, чем неделимых, механических. Полифуркации могут происходить не в один момент, как разлет дроби из ружья, но быть развернутыми во времени, как стрельба пулями из автомата.

Можно привести еще один аргумент, опровергающий исключительность бифуркационного механизма эволюции по схеме «ИЛИ - ИЛИ». Бифуркации по схеме «ИЛИ - ИЛИ», имеют возможность выбрать путь, ведущий в эволюционный тупик, лишающий возможности дальнейшего развития. Если выбор оказался не тупиковым, то в следующую бифуркацию система опять подвергается отбору (тупик - не тупик). На длинном разветвленном пути вероятность замкнуться в тупике возрастает в геометрической прогрессии. Такой механизм должен привести к вырождению эволюции. Аналогом может послужить система отбора футбольных команд в чемпионате мира. Команды, проигравшие в полуфинале, выбывают навсегда. В итоге остаётся одна команда победитель. Но при этом игры прекращаются.

Итак, полифуркации по схеме «И – И» более распространены в природе, чем бифуркации «ИЛИ – ИЛИ».

«Центральной проблемой синергетики являются механизмы самоорганизации. Принято считать, что в изолированных системах развитие направлено к хаосу, к росту энтропии, а в открытых системах идет усложнение» [11, 12]. Отправной точкой для такого мнения явилась работа И. Пригожина «Порядок из хаоса» [12]. Приведенная цитата является некоторым штампом, многократно повторяющимся в литературе. В приложении 1 убедительно доказана некорректность энтропии как меры беспорядка в сложных системах.

По мере развития методик и углубления исследования в хаосе можно увидеть ранее незамечаемую структуру, т.е. хаос представляет собой очень сложную, не сразу постигаемую умом структуру. Например, Э. Лоренц в 1963 г. дал в виде дифференциальных уравнений структуру глобальных метеорологических явлений, которые ранее считались хаотическими. Известная функция распределения молекул по скоростям, выведенная Максвеллом [11], свидетельствует, что движения молекул газа не являются полностью хаотичными, а имеют определенный порядок в распределении молекул по скоростям движения. При определённой температуре можно рассчитать, сколько будет молекул «холодных», сколько «горячих» и сколько «тёплых». Несмотря на свободу «воли» передвижения, молекулы в газе строго ранжированы по кинетическим энергиям. Это ли не пример структуры хаоса, но увидеть её можно только с помощью специальных экспериментов.

Очень сложная структура не воспринимается сознанием (не моделируется силами мозга). Противоречие разрешается следующим образом. Очень сложный порядок в сознании ощущается как хаос. Слишком большая сложность – это темнота для сознания.

 

Литература

 

1. Климонтович Н. Ю. Без формул о синергетике. - Минск, Высш. шк., 1986.

2. Князева Е. Н. Синергетике – 30 лет. Интервью с профессором Хакеном. // Вопросы философии, 2000. №3.

3. Хакен Г. Синергетика. - М.: Мир, 1980.

4. Князева Е. Н, Курдюмов С. П. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация. Темпомиры. – СПб.: Алетейя, 2002.

5.      Томсон Дж. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. – М.: Мир, 1985.

6.      Бранский В. П. Теоретические основания социальной синергетики. // Вопросы  философии, 2000. №4.

7.      Богданов А. Л. Тектология. Всеобщая организационная наука. - М.: Экономика, 1983.

8.      Берталанфи Л. Общая теория систем. М.: Системное моделирование, 1969.

9.      Гамаюнов С. От истории синергетики к синергетике истории. // Общественные науки и современность, 1994. №2.

10.  Колесников А. А. Синергетическая теория управления. – М.: Энергоиздат, 1994.

11.  Пайерс Р. Е. Законы природы. - М.: Наука, 1958.

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

 

Copyright© Крайнюченко И.В., Попов В.П. 2005, All rights reserved