Синергетика как теория самоорганизации

Теория самоорганизации (теория диссипативных структур) возникла
в естествознании и продолжает там успешно развиваться. Возникли
и оформились основные понятия, которыми она оперирует: самоорганизация, эволюция, порядок, неопределенность, хаос, случайность, равновесие, флуктуация, бифуркация и др. Но за тридцать лет существования синергетики эти понятия очень изменились в смысловом и содержательном отношении. Некоторые понятия расширяются по содержанию и становятся характеристиками таких свойств, как, например, самоорганизация, флуктуация, бифуркация. (Мы еще вернемся к этим терминам, когда будем рассматривать условия, при которых возникает способность к самоорганизации). Да и главное понятие синергетики — самоорганизация — применялось раньше по отношению только к живой природе. К самоорганизации, считает синергетика, способны при определенных условиях и объекты неживой природы. Другие понятия, попавшие в орбиту синергетики, раньше использовались философией, но теперь они наполняются новым содержанием. Требуется существенное обновление (если не полный пересмотр) некоторых понятий, учет новых содержательных моментов, привнесенных в них синергетикой. Это относится к таким терминам как эволюция, порядок. Можно сказать, что сама синергетика с уровня узкоспециальной теории перешла на уровень философско-методологического подхода.

Понятие «методология» буквально означает учение о методе (или методах). Нам представляется, что применительно к синергетике понятие «методология» можно рассматривать в двух аспектах.

Первый аспект связан с постановкой вопроса: что является методологией синергетики, или, иначе, какие общие, философские, принципы, теории, законы выступают теоретической основой (методологией) синергетики? Ответ на этот вопрос в самом общем виде таков: синергетика есть современное развитие диалектического метода. Диалектический метод выражается через принцип и учение о развитии, законы развития. Некоторые авторы подходят к синергетике еще шире, считая ее современным развитием рационализма. Такая широкая трактовка общей методологии синергетики приводит к тому, что в различных учебниках и учебных пособиях материал по синергетике размещается в разделах «Диалектика», «Движение
и развитие», «Развитие. Законы развития», «Рационализм и его современные формы», «Наука. Формы научной рациональности», «Методология современного научного знания».

Второй аспект употребления понятия «методология» предполагает методологическое значение самого синергетического подхода. На основании синергетического подхода представляется возможным создание теории решения (или, по крайней мере, возможности решения) ряда насущных научных и практических проблем. Некоторые авторы (например, Г. В. Дульнев в книге «Введение в синергетику»), на наш взгляд, с опережением называют синергетику теорией катастроф или наукой об универсальных законах эволюции в природе и обществе. Однако несомненно, что открытие самоорганизации как свойства объективной реальности имеет огромное философско-мировоззренческое значение. Возможности решения некоторых проблем с позиций синергетики рассмотрены в данной главе.

Мы уже отмечали, что способность к самоорганизации возникает в результате синергетического взаимодействия структурных элементов в определенных системах при определенных условиях. Следует определить,
что это за системы и что за условия.

Прежде всего, напомним определение системы. Термин «система» происходит от греческого «систем», что значит целое. В настоящее время термин система рассматривается как общенаучное понятие, хотя его, устоявшегося, канонического определения нет. В качестве рабочего будем использовать такое: «Система — это единое целое, состоящее из взаимосвязанных и взаимодействующих структурных элементов, обладающее свойствами, которых нет у структурных элементов по отдельности». Очень часто, давая определение системы, опускают самое главное — целостность, которая отнюдь не обеспечивается наличием структурных элементов. Конечно, без них нет системы, они — ее плоть, но элементы могут скомпоноваться, скомбинироваться так, что получится единое целое,
при этом каждый раз, в каждой новой комбинации будет возникать новое целое, новая система. Любая система характеризуется структурой и организацией. Структура — составляющие элементы, организация — способ
их связи.

В современной науке чрезвычайно распространен системный подход. Системный подход нацелен на выявление и изучение целостности объекта как системы. Системный подход опирается на ряд основных правил. Важнейшими являются следующие: изучение поведения системы как целого; анализ того, как поведение системы зависит от поведения каждого элемента; анализ того, как поведение системы зависит от взаимосвязи элементов; изучение иерархичности, присущей данной системе; изучение поведения системы в динамике, когда система рассматривается как развивающаяся целостность. Такой анализ прежде всего позволит выявить тип системы («тип» и «вид» употребляются как слова-синонимы).

С точки зрения их типологии системы весьма многообразны: материальные и идеальные (духовные), неорганические и органические, неживые и живые, биологические и социальные, простые и сложные, линейные
и нелинейные, закрытые и открытые, изолированные и неизолированные, статичные и динамические, равновесные и неравновесные. Определим отличительные признаки таких систем, сущность которых не ясна из названия. Это необходимо сделать, так как синергетика имеет дело не со всякой системой; определение поможет понять, какие системы являются объектом изучения для синергетики, а какие — нет.

Начнем с пары «простые — сложные» системы. Простые системы состоят из относительно небольшого числа «участников» (структурных элементов), их влиянием на движение системы в силу его незначительности можно пренебречь. Так, при изучении движения твердых тел в классической физике можно пренебречь влиянием составных частей на тело в целом, рассматривая его как точку. Можно пренебречь влиянием других тел на изучаемое, изучая его движение изолированно, как будто других движущихся тел нет. Основываясь на этих допущениях, выведены законы механики. Заметим, что их абсолютизация привела к механицизму и к победе метафизического метода в целом. Сложные системы включают много структурных элементов; их влиянием на движение системы уже нельзя пренебречь (например, термодинамические процессы, движение (жидкостей, газов).

Дадим определение пары «линейные-нелинейные» системы. Линейные системы описываются средствами линейной математики, уравнения которой в графическом изображении представляют прямые линии. Поведение линейных систем предсказуемо, однозначно детерминировано. Соответственно нелинейными называются такие системы, описать поведение которых можно только с помощью нелинейной математики, графическое изображение ее уравнений — сложные кривые. Поведение нелинейных систем неоднозначно, вероятностно, непредсказуемо.

Рассмотрим признаки закрытых, изолированных и открытых, неизолированных систем. Главное отличие между ними в том, что открытая, неизолированная система обменивается с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Эти процессы обмена идут постоянно, их наличие является условием существования открытой системы. Она «черпает»
из окружающей среды что-либо из названного (вещество, энергию, информацию), организуя таким способом порядок в себе из окружающей среды, а в окружающую среду внося, соответственно, беспорядок. Следовательно, она в принципе не может быть равновесной. Можно сказать,
что открытая система — это система динамическая, постоянно находящаяся в движении. Динамизм приводит к противоречивому единству порядка
и беспорядка.

Синергетическое взаимодействие возможно в системах сложных, открытых, нелинейных, динамических. Поведение таких систем характеризуется неопределенностью, непредсказуемостью, хаотичностью, лавинообразностью. Важной характеристикой таких систем является самоорганизация: у таких систем при определенных условиях могут образовываться новые пространственно-временные структуры, они становятся способными
к самонахождению оптимальных вариантов своего поведения, способны
к самосовершенствованию.

Для современной науки характерен ряд принципиальных новаций, который известный методолог науки В. П. Кохановский называет концептуально-методологическими сдвигами (Кохановский В. П. Философия и методология науки). Важнейшей особенностью современного этапа науки,
по его мнению, является то, что ее объектом (в том числе и естествознания) становятся «человекоразмерные» системы: медико-биологические объекты, объекты экологии, глобальной экологии, объекты биотехнологии. Все это — сложные, открытые, характеризующиеся неоднозначностью системы. Социальные системы — это тоже системы нелинейные, в них велик фактор неустойчивости, колебаний, случайности. Да и в природе
(и живой, и неживой) открытые системы более распространены, чем закрытые, изолированные. К этому выводу приходит Т. Я. Дубнищева на основе анализа огромного фактического материала в учебнике «Концепции современного естествознания».

В классическом естествознании внимание уделялось понятиям и законам, характеризующим замкнутые системы и линейные соотношения. Когда же классическое естествознание встречалось с открытыми системами, оно поступало двояким образом. Данное явление могло просто фиксироваться как факт, и его возникновение объявлялось чистой случайностью (например, возникновение жизни на Земле, появление человека).
Отсюда — масса гипотез (версий) по поводу возникновения этих явлений; ни одна из них не может быть признана теорией, хотя некоторые такой статус имеют. Но чаще использовался другой подход: поведение открытой системы ученые пытаются объяснить старым способом, т. е. занимаются упрощением. Это приводит к несоответствиям, к искажениям сути
явления.

Изменение характера объекта исследования в современной, постнеклассической науке требует изменения подходов и методов исследования. Современная наука перешла к исследованию открытых, сложных, нелинейных систем, взяв на вооружение синергетический подход. Современной науке приходится уходить от простоты, очевидной предсказуемости. Показательно, что один из авторов концепции «современного эволюционизма», известный математик и методолог науки Н. Н. Моисеев, говоря об изучении объектов современной науки, назвал свою книгу «Расставанием с простотой».

В открытых системах для возникновения самоорганизации велика роль коллективного поведения подсистем, образующих систему. Это и подчеркнул Г. Хакен, вводя термин «синергетика» и назвав так новую теорию.

Самоорганизация, по Г. Хакену, — это спонтанное образование высокоупорядоченных структур из «зародышей» или даже из хаоса, беспорядка, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного кооперативного действия многих подсистем. Таким образом, можно сказать, что важнейшим условием возникновения самоорганизации является синергетическое взаимодействие подсистем. Теперь требуется уточнение — когда и как осуществляется это коллективное взаимодействие. При изучении открытых систем широко используются понятия «флуктуация» (отклонение) и «бифуркация» (разветвление).
Через понятие флуктуация описывается свойство открытой системы находиться в состоянии «дрожащего», «текущего» равновесия за счет флуктуаций вокруг среды; система колеблется, отклоняется, флуктуирует.
Это «дрожание» в определенных точках, называемых бифуркациями
(точками разветвлений), дает сбой, и в этих точках система способна
к самоорганизации.

Итак, самоорганизация — это главное свойство нелинейных систем, приобретаемое ими за счет совместного, кооперативного, одновременного взаимодействия подсистем (синергетического взаимодействия). На основе самоорганизации система сама может выбрать путь оптимального развития, может активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающем наиболее успешное функционирование системы.

В заключение этой части статьи попробуем перечислить основные идеи синергетики.

1. Синергетика как отрасль современной науки имеет дело с очень сложно организованными системами разных уровней организации.

2. Каждая такая система предстает как «эволюционное целое». Целое предполагает связь и взаимодействие составляющих его частей, но оно не сводимо к сумме свойств отдельных элементов; оно качественно
другое.

3. Для сложноорганизованных целостных систем характерна не единственность, а множественность путей развития (многовариантность, альтернативность).

4. В сложноорганизованных системах возможно возникновение самоорганизации. За счет самоорганизации система сможет сама выбрать оптимальный вариант своего развития.

5. Сложные системы характеризуются флуктуациями в точках бифуркации. Такие системы в этих точках как бы «колеблются» перед выбором одного из нескольких путей дальнейшего развития. Даже небольшое отклонение (флуктуация) может привести к резкому и существенному изменению поведения всей системы (эффект камнепада, снежной лавины).

6. Любые природные, а тем более социальные процессы имеют стохастическую (случайную, вероятностную) составляющую и протекают в условиях той или иной степени неопределенности. Сложные системы одновременно и определенны, и неопределенны, упорядочены и беспорядочны.

7. Синергетика рассматривает хаос (беспорядок) как сторону нового единства «порядок-беспорядок». Хаос может выступать как созидающее начало в механизме эволюции.

Синергетика как методология

Эти идеи выражают основное содержание синергетики. Но сразу
же возникают вопросы. Первый: являются ли идеи синергетики выражением или развитием каких-то более общих идей? Второй: могут ли идеи синергетики послужить конструктивной основой, базой для решения задач современной науки? Это — вопросы методологии. Им посвящена последняя часть главы.

Первый вопрос подводит нас к проблеме связи синергетики и философии. Мы уже отмечали, что наука, прежде всего естествознание, все чаще стала изучать явления, которые не могут быть объяснены общепринятым способом и в силу этого кажутся очень странными. В частности, упоминалось о движении в средах. Простой пример: вода, вытекающая из крана, сначала разбрызгивается в разные стороны, потом неожиданно, в какой-то момент сама принимает направленную форму, сама себя упорядочивает. Явление это всем известно, но научного объяснения ему не было никакого. Ясно только одно: порядок рождается из беспорядка, но каким образом? Все казалось странным, даже мистическим.

Между тем ученые-естественники, склонявшиеся в своих взглядах
к материализму, предвидели, что наука идет к новым решениям. Не могу удержаться еще от одного примера. Русский кристаллограф Е. С. Федоров в начале XX века, размышляя над своеобразием процесса образования кристаллов (роль случайных факторов, неопределенность, неповторимость рисунка кристаллов, размеров, формы и т. д.), стал рассматривать их как живые системы: кристалл живет, рождается, взрослеет, стареет. Тогда это казалось очень странным, а сам Е. С. Федоров слыл большим чудаком.
Но по существу он предвосхитил некоторые идеи синергетики, опираясь на научно-материалистические воззрения: идею материального единства мира (отсюда его мысль о единстве неживой и живой природы), диалектическую идею взаимосвязи необходимого и случайного и др.

В теоретическом отношении предтечей синергетики считают работу
А. А. Богданова «Тектология. Всеобщая организационная наука». Тектология — термин греческого происхождения; в переводе означает построение, строение. Автор определяет ее как учение о строительстве и последующем развитии любых систем (макро- и микрофизических, биологических, социальных), причем в основе строительства и развития лежит единый всеобщий объединяющий принцип. Интересно, что А. А. Богданов пользуется для характеристики этого принципа теми же терминами, которые потом будет использовать синергетика: порядок, хаос, определенность, неопределенность, организация, дезорганизация, мутация (флуктуация). Будучи врачом по образованию, А. А. Богданов исходил из естественнонаучных материалистических воззрений.

Философы-материалисты, сознательно используя диалектику как всеобщий философский метод, ставили вопросы о сущности и возможностях нового подхода. Один из основоположников синергетики И. Р. Пригожин говорит, что синергетика является ответом на вопросы, которые материалисты давно задавали.

Диалектику можно определить как учение о развитии. Одним из основных законов развития является закон единства и борьбы противоположностей, или закон противоречия. Согласно этому закону, развитие может быть представлено как бесконечная цепь возникновения и разрешения противоречий, источник которых надо искать внутри явления, в борьбе противоположностей. Закрытые изолированные системы, в которых все упорядочено, поведение которых предсказуемо, исключают факторы случайности, неопределенности, непредсказуемости. Но если на развитие посмотреть с точки зрения системного подхода, то мир в своем развитии начинает выглядеть как цепь переходов от одной системы к другой; от закрытой к открытой и т. д. И тогда понятие закрытой системы становится относительным. Если исходить из логики закона единства и борьбы противоположностей, то закрытость должна быть связана с открытостью, определенность должна существовать в единстве с неопределенностью, предсказуемость с непредсказуемостью, порядок с беспорядком. Это разные стороны одной и той же «медали»: в действительном объективном мире есть то и другое; в этом же нас убеждает синергетика.

Итак, общеметодологической основой синергетики выступает диалектика. Однако некоторые современные ученые, «зачарованные» синергетикой, не видят связи между диалектикой и синергетикой и предлагают отменить диалектику и заменить ее синергетикой, либо рассматривать диалектику как часть синергетики. Нам представляется, что такие предложения являются ошибочными. Никто не отменял диалектику как общую теорию развития. Все ее положения продолжают «работать» в современной науке, но диалектика — живой, развивающийся метод, а это значит,
что, оставаясь неизменной в своих принципах (основных правилах), диалектика обогащается за счет новых общенаучных подходов и методов. Сегодня это системный и синергетический подходы. С их помощью диалектика выходит на новый, более высокий и более глубокий уровень познания действительности.

Почему же так поздно ученые пришли к синергетике, что их сдерживало? Ответ на эти вопросы, как нам кажется, состоит в том, что рационализм (от латинского слова «рацио» — ум; направление, считающее,
что познание осуществляется за счет работы понятийного мышления),
на котором основана наука, страдал односторонностью, определенным упрощением. Поясним, что имеется в виду. Корнями своими рационализм уходит в Древнюю Грецию. Древнегреческие мыслители разделили Вселенную (Мир) на две части: Космос (упорядоченная часть) и Хаос (беспорядочная часть). Воспринимая мир как гармоническое целое (уравновешенное, упорядоченное), они ограничились изучением Космоса. Слова Вселенная, Мир, Космос стали употребляться как синонимы. Заранее предполагалось, что в мире действует определенный порядок. Задача заключалась в познании этого порядка, в открытии определенных законов,
а далее — в следовании этим законам. При таком подходе не остается
места случайности, неопределенности. Случайность рассматривается
как ошибка, отклонение (большее или меньшее) от нормы порядка. Следует заметить, что в восточных культурах (древнеиндийской, древнекитайской) понятие Хаос помогало объяснить рождение упорядоченного мира, которое только через Хаос и происходит.

В XX веке наука оказалась под сильным влиянием восточного мышления. Ориентацию европейской науки на восточное мышление зафиксировал еще В. И. Вернадский в работе «О науке». Современные методологи науки говорят об определенной трансформации рационализма, его переориентации. Правильнее, наверное, говорить о синтезе в современном рационализме европейской и восточной традиций. В работе «Порядок
из хаоса» авторы И. Р. Пригожин и И. Стенгерс отмечают, что новая концепция природы (подразумевается синергетика) представляет синтез западной традиции, «придающей первостепенное значение экспериментированию и количественным формулировкам… и китайской с ее представлениями о спонтанно изменяющемся самоорганизующемся мире». Таким образом, можно говорить, что появление синергетического подхода связано
с новым типом научной рациональности. (Более подробное изложение рационализма и его форм содержится в соответствующей главе данного пособия).

Правда, восточное мышление не свободно от мистики. К сожалению, некоторые авторы, излагая синергетический подход, увлекаются мистическими вариациями. На наш взгляд, ничего мистического (потустороннего, загадочно-таинственного) в синергетике нет.

Синергетический подход есть свидетельство более глубокого проникновения в сущность явлений, хотя на первый взгляд и кажется,
что в нем соединяются не сочетаемые свойства: порядок-беспорядок,
определенность-неопределенность, случайность-необходимость, закрытость-открытость. Но, как показали основоположники синергетики, все эти противоречия характеризуют действительное развитие реального мира.

Открытие синергетического подхода имеет большое мировоззренческое и методологическое значение. На него возлагаются большие надежды в решении ряда задач, стоящих перед современной наукой.

Прежде всего, с помощью синергетического подхода, возможно, удастся преодолеть противоречие в понимании развития в неживой и живой природе. Развитие в живой природе характеризуется термином «эволюция»; для характеристики процессов в неживой природе его не используют или используют очень редко. Представляется, что это неслучайно. Первая концепция касается развития в неживой природе и формулируется во втором законе термодинамики; вторая концепция — эволюционная концепция Дарвина, представляющая модель развития в живой природе. Классическое естествознание обогатило науку двумя концепциями развития.

Первая концепция выведена на основании изучения тепловых процессов, поскольку теплота — универсальное свойство неживого. Сформулирована эта концепция разными физиками по-разному. Самая простая формулировка звучит так: «Теплота не может самопроизвольно перетекать
от более холодного тела к более горячему». Она подчеркивает, что саморазвитие, самоорганизация невозможны. А в каких системах действует указанный закон? Очевидно, в закрытых, изолированных; простейшая модель таких систем — закрытое помещение, в котором нет окон и дверей (или они плотно закрыты). Р. Клаузиус для характеристики термодинамических процессов ввел понятие «энтропия» (мера энергии). Через понятие энтропии этот всеобщий закон формулируется таким образом: «Энергия мира постоянна, энтропия стремится к максимуму». Другой физик,
Л. Больцман, то же самое выразил в понятиях «беспорядок», «хаос»:
«При росте энтропии возрастает беспорядок, дезорганизация». Если принцип возрастания энтропии распространить на всю Вселенную, она погибнет вследствие «тепловой смерти». В свое время гипотеза «тепловой смерти Вселенной» вызвала жаркие споры. Какие выводы из этого можно сделать? Развитие в неживых закрытых системах возможно до достижения равновесия; оно имеет ограничение в виде роста энтропии — рост энтропии недопустим, он означает необратимость, разрушение, деградацию.

Теория Ч. Дарвина говорит об эволюции (развитии) в живой природе от низших форм к высшим. Ее основные моменты известны гораздо лучше, чем законы термодинамики. Следует обратить внимание на то,
что в живой природе идет неуклонное усложнение структур (а не их разрушение), наращивание более высоких качеств (а не деградация), приспособление (а не гибель) и даже образование новых структур. Почему это возможно в живых системах? Причина заключается в том, что это системы открытые, в них возникает самоорганизация, за счет которой и становится возможным настоящее развитие. А что происходит с энтропией? Она максимума не достигает, энергия рассеивается за счет обмена с внешней средой, гибель системе не грозит.

Описанные концепции противоположны, потому что развитие по-разному идет в неживых и в живых системах. Поэтому термин «эволюция» употребляется по отношению к неживым, закрытым системам очень осторожно. Как же при такой противоположности быть с единством мира? Синергетический подход дает вполне обоснованный ответ на этот вопрос. Природа эволюции — одна и та же и в неживой, и в живой природе; эволюция совершается за счет самоорганизации. Синергетика открыла механизм самоорганизации в неживых системах. Это открытие изменило понимание развития в неживых системах; теперь в отношении этих систем тоже можно говорить об эволюции. Из всех рассуждений следует, что становится возможной выработка единого принципа развития, который все чаще называют «глобальный эволюционизм». Как тут не вспомнить А. А. Богданова, мечтавшего о едином принципе «построения» и развития систем!

Синергетика подчеркивает значение единичного случая, который может изменить все поведение системы в целом. Ученые считают, что, опираясь на эту идею, можно подойти к решению такой сложнейшей научной и важнейшей в практическом отношении задачи, как теория катастроф (научная часть) и прогнозирование, моделирование катастроф (практическая часть).

Синергетика изучает такие характеристики поведения природных систем, как нестабильность, неопределенность, непредсказуемость, многовариантность. Эти характеристики присущи социальным системам еще
в большей степени, чем природным. Естественно, следует учитывать,
что в системах социальных эти факторы (как и все, что связано с социумом) будут проявляться по-особому. Тем не менее, опыт синергетического подхода может быть использован при изучении социальных систем, различных видов деятельности людей и их поведения (в психологии, экономике, политике и т. д.). Уже появился ряд работ по применению синергетического подхода для анализа различных процессов в социальной жизни, в частности можно сослаться на работу иркутских авторов Е. Г. Пугачевой
и К. Л. Соловьева.

Может быть, ученые чересчур поспешно начинают считать синергетику некоей универсальной «отмычкой» для решения междисциплинарных проблем современного научного познания? Разумеется, надо подходить взвешенно к применению синергетического подхода. Он, конечно, не панацея, хотя сегодня синергетический подход является новым, интересным, во многом обобщающим и многообещающим. Но, как и другие методы,
он может устареть; ведь недаром же говорят, что «стареют не проблемы, стареют их решения».

Литература

1. Василькова В. В. Порядок и хаос в развитии социальных систем. Синергетика и теория социальной самоорганизации. Спб., 1999.

2. Князева Е. Н. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М., 1994.

3. Кохановский В. П. Философия для аспирантов. Ростов-н/Д., 2002.

4. Моисеев Н. Н. Расставание с простотой. М., 1998.

5. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990.

6. Пригожин И. Порядок из хаоса. М., 1986.

7. Пугачева Е. Г., Соловьев К. Л. Самоорганизация социально-экономических систем. Иркутск, 2003.

8. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизованных системах и устройствах. М., 1985.