Игнатова В. Концепции современного естествознания: Учебное пособие

ОГЛАВЛЕНИЕ

3. 2 САМООРГАНИЗАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ, ДАЛЕКИХ ОТ РАВНОВЕСИЯ

Цели и задачи раздела:

•  Познакомить обучающихся с элементами синергетики.
•  Сформировать представление о сценарии и механизмах самоорганизации сложных систем.
•  Помочь усвоить понятия: фазовое пространство, фазовая траектория, бифуркация, фрактал, аттрактор, универсальный эволюционизм.
•  Построить синергетическую картину мира.

План

• Общие представления
• Роль случайного в поведении сложных систем
• Элементы теории самоорганизации
• Фазовое пространство и фазовые траектории
• Точка бифуркации
• Фракталы и аттракторы
• Сценарий самоорганизации сложной системы
• Синергетическая картина мира и универсальный эволюционизм

3. 2. 1 ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Окружающий нас мир находится в постоянном движении. В нем нет ничего неизменного. Каждое мгновение что-то меняется в этой гигантской лаборатории: из хаоса рождается упорядоченная целостность или наоборот целостность превращается в хаос. Одной из познавательных моделей современной науки, раскрывающей механизмы самоорганизации и эволюции систем и позволяющей объяснить, как из хаоса рождается порядок, стала синергетика или теория самоорганизации. Она изучает поведение открытых диссипативных нелинейных систем разного уровня сложности и разной природы, общие принципы их самоорганизации и эволюции, особенности процесса смены их качественных состояний на пути развития.
Особую роль в функционировании таких систем играют случайность, случайные флуктуации параметров. При этом необходимо различать два типа случайностей. Первый — дает начало направленной эволюции системы и имеет созидающий характер, второй — порождает неопределенность, неоднозначность, разрушает и отсекает все лишнее. Дезорганизация и случайность на микроуровне выступают созидающей силой, упорядочивающей состояние системы на макроуровне, интегрирующей ее элементы в устойчивое единое целое. В результате их действия в системе возникают неустойчивости, которые могут служить толчком для возникновения из хаоса «зародышей» новых структур, которые при благоприятных условиях будут переходить во все более упорядоченные и устойчивые. Их спонтанное (самопроизвольное) образование происходит за счет внутренней перестройки системы и синхронного (греч. synchronos — одновременный) кооперативного взаимодействия ее элементов. Это явление получило название самоорганизации. Самоупорядочивание системы связано со снижением ее энтропии. Порядок и беспорядок, организация и дезорганизация выступают в диалектическом единстве, их взаимодействие поддерживает саморазвитие системы.
Идеи самоорганизации высказывались еще в традиционной классической науке XYIII-XIX веков (космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, рыночная экономическая теория Смита, эволюционная теория Дарвина, теория Максвелла-Больцмана, описывающая поведение термодинамических систем и т. д. ). Но лишь во второй половине ХХ века, когда был накоплен достаточный теоретический и практический опыт, разработан необходимый математический аппарат (системный анализ, топология, теория бифуркаций, нелинейная динамика, теория катастроф и др. ) стало возможным детальное исследование поведения открытых систем, находящихся вдали от термодинамического равновесия, описание общих механизмов и закономерностей их развития. Это и нашло отражение работах И. Пригожина, Д. Николиса, Г. Хакена.
В семидесятых годах ХХ столетия термин «синергетика» стал названием общенаучного направления, которое дает новый образ мира природы, человека и общества как открытых систем, развивающихся по нелинейным законам, раскрывает двойственную природу случайного, его созидающее и деструктивное начала, показывает, что чередование порядка и хаоса является фундаментальным принципом развития.
Описывая процесс самоорганизации Г. Хакен, отмечает, что возникающая из хаоса упорядоченная структура является результатом конкуренции множества виртуальных состояний, заложенных в системе. В результате конкуренции происходит самопроизвольный выбор той структуры, которая наиболее адаптивна к сложившимся на данный момент как внешним, так и внутренним условиям.
В системе под влиянием поступающих извне ресурсов идет медленное количественное накопление несущественных изменений, что приводит к ослаблению гомеостаза. Это происходит до определенного предела, за которым наблюдается кардинальное изменение ее состояния, которое осуществляется практически мгновенно, скачком. Система временно оказывается в неустойчивом состоянии, «теряет память», и характер ее последующего развития определяется только теми случайными факторами, которые в этот момент действуют на систему. Для выхода из него у системы есть две возможности: деградация, разрушение, инволюция либо самоорганизация, усложнение, эволюция. Количественные изменения переходят в качественные и весь процесс развития системы можно представить как череду сменяющих друг друга медленных и скачкообразных изменений.

3. 2. 2 РОЛЬ СЛУЧАЙНОГО В ПОВЕДЕНИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Сложные системы являются стохастическими. Их поведение изначально содержит в себе случайность и неопределенность и описывается при помощи уже известных нам понятий вероятность, энтропия и информация (см. раздел 2. 1. 3). Однако это не значит, что оно непредсказуемо вообще. За кажущимся на первый взгляд хаосом и беспорядком событий в таких системах обнаруживаются определенные закономерности. Но эти закономерности принципиально отличаются от закономерностей классической механики, ибо состояние стохастической системы задается не столько значениями ее параметров, сколько характером их распределения, который лишь указывает вероятность, с которой они могут принимать то или иное значение. А это значит, что возможных состояний системы при данном наборе условий — множество, но реализуются из них только наиболее вероятные.
Эмпирические наблюдения позволяют выявить основные тенденции(лат. tendentia — направленность)процесса развития сложных систем и предположить один из возможных его результатов. Моделирование поведения систем, основанное на многочисленных наблюдениях, учете законов их функционирования, характера протекающих в них процессов и явлений, анализе конкретных условий, применении математических методов, позволяет сделать более строгий научно обоснованный, достаточно точный кратковременный или долговременный прогнозы (греч. prognosis — предвидение, предсказание). Например, зная характер биохимических реакций в организме, мы можем прогнозировать течение болезни, и управлять биохимическими процессами с помощью лекарственных препаратов, а следовательно, и выздоровлением больного. Знание законов генетики позволяет селекционеру получить виды и сорта с заданными свойствами. Зная социально-экономическую ситуацию, можно прогнозировать исход выборов, перспективу развития предприятия, тенденции в состоянии здоровья населения и т. д. Однако научный прогноз можно сделать лишь в рамках «горизонта предсказуемости». Никто не гарантирует стопроцентного совпадения предсказанного с тем, что будет в самом деле, так как это предсказание вероятностное и зависит от множества случайных событий, влияние которых порой трудно оценить и учесть.
Математическая вероятность ожидаемого результата будет определяться частотой появления DN благоприятных случаев при стремлении общего числа наблюдений N к бесконечности.
P = lim DN/N.
 N®¥
Применительно к термодинамическим системам используется термодинамическая вероятность Г. Она определяется количеством возможных микросостояний, с помощью которых реализуется то или иное макросостояние системы, и связана с математической вероятностью соотношением: Г= А/Р, где А есть некоторый множитель, зависящий от свойств системы. Смысл выражения, полученного Больцманом (разд. 2. 1. 3),
 S= k ln Г
заключается в том, что: чем больше число микросостояний, реализующих данное макросостояние системы, тем выше ее энтропия, тем больше в ней хаоса.
Но у системы есть возможность снизить уровень энтропии. Чем больше у нее информации о внешних изменениях, тем больше и возможностей упорядочить свое состояние, например, путем изменения характера обмена веществ, поведенческих реакций, приспособительных возможностей. При этом количество информации, необходимой для реализации какого-либо состояния, можно выразить через его вероятность:
 I= log2Г
Информация об изменяющихся внешних условиях, поступающая в систему извне, с одной стороны дезорганизует ее и способствует увеличению энтропии, а с другой — «заставляет» систему перестраиваться в целях сохранения устойчивости. Благодаря этой перестройке {самоорганизации) система корректирует внутренние процессы, подстраивается (адаптируется) к новым условиям, стремится снизить внутреннюю энтропию, выбросив ее часть в окружающую среду. В этом плане поступающая информация является мерой порядка. Система как бы балансирует на грани между порядком и беспорядком, ее гомеостаз будет зависеть от количественного соотношения в системе «энтропия — информация». Таким образом, между случайностью, вероятностью, энтропией, информацией и организацией функционирования системы существует глубокая внутренняя связь.
Отрицательная энтропия (негэнтропия) в определенной мере тождественна информации. Процессы, способствующие снижению энтропии системы, получили название негэнтропийных. Такие процессы характерны не только для живых систем. Образование во Вселенной химических элементов, звездных и планетных систем, образование неорганических и органических веществ, кристаллов — это процессы негэнтропийные и связаны с упорядочением. Учитывая вышесказанное, можно записать своеобразный закон сохранения энтропии — информации. Он, как и другие законы сохранения, абсолютно точно выполняется только в идеализированных (закрытых) системах:
S + I = const.
Например, при кристаллизации жидкости каждая из ее частиц занимает определенное место в ячейке кристаллической решетки, возрастает упорядоченность их расположения, а, следовательно, возрастает и количество информации о системе. Но при этом ее энтропия уменьшается. При плавлении кристаллическая решетка разрушается, система разупорядочивается, ее энтропия возрастает, а количество информации уменьшается.
Обсуждая случайность, мы не учитывали воздействие на систему внешних факторов. А ведь именно они постоянно подталкивают ее к переходу на новую (и необязательно более сложную) ступень. Например, повышение температуры переводит твердое тело сначала в жидкость, а затем в пар. Похолодание климата на Земле привело к выделению из ветви семейства гоминид прямостоящих существ, которые в результате многомиллионнолетней эволюции вышли на уровень современного человека. Солнечное излучение способствовало самоорганизации неживого вещества и появлению живого на Земле и т. д.
Новые понятия и термины: тенденция, прогноз, закон сохранения энтропии-информации.
Ведущие идеи:
-фундаментальная роль случайного в поведении сложных систем;
-взаимосвязь энтропии и информации как отражение соотношения хаоса и порядка;
-принципиальное отличие стохастических и динамических закономерностей.

3. 2. 3 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ САМООРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ

1. Фазовое пространство и фазовые траектории

Состояние системы в любой момент времени зависит от ее начальных параметров и множества внутренних и внешних факторов. Например, для нахождения возможных вариантов колебания физического маятника нужно знать всего два параметра — координату и скорость. Их значение в момент времени t будет определяться свойствами самого маятника (длина его подвеса, масса, момент инерции) и внешними условиями, в которых происходят колебания (вынуждающая сила, трение, ускорение свободного падения). В более сложных системах таких параметров будет значительно больше. Среди всей их совокупности выделяют наиважнейшие — управляющие(главные), характер изменения которых оказывает определяющее влияние на поведение системы. (Например, ежегодная численность популяции живых организмов, проживающих на определенной территории, обусловлена, главным образом, двумя параметрами: коэффициентом размножения и состоянием природных ресурсов территории. )
В случае незатухающих колебаний маятника множество возможных его траекторий можно аппроксимировать (лат. approximo — приближаюсь, замена одних математических функций, более простыми, но близкими к исходной) с помощью уравнения эллипса с переменными значениями координат Х и Y. В случае затухающих колебаний, координаты будут изменяться и будем иметь семейство эллипсов. В конце концов, когда маятник остановится, эллипс выродится в точку. Плоскость, в которой они располагаются, называют фазовым пространством (Рис. 8), а сами эллипсы — фазовыми траекториями. Каждая точка фазовой траектории соответствует состоянию системы в данный момент времени. В случае затухающих колебаний фазовая траектория будет представлять собой спираль, сходящуюся в точку, которая соответствует покою маятника. Эту точку называют аттрактор(лат. attraho — притягиваю к себе). С одной стороны, аттрактор — это некая геометрическая структура, отражающая поведение системы в фазовом пространстве в течение длительного времени. С другой стороны, — это как бы «цель», к которой «стремится» система, ее «конечное состояние» (или некоторый этап эволюции).
 

                           В

                 А                             фазовая траектория

                  Х2

 Рис. 8 Фазовое пространство

Как известно, все свободные колебания являются затухающими. Но, если колеблющуюся систему регулярно подпитывать энергией (вынуждать ее колебаться), можно добиться постоянства значений параметров колебаний (частоты, амплитуды), то есть вывести их на фазовую траекторию, которая отвечает установившемуся режиму.
В общем случае фазовое пространство есть некое воображаемое абстрактное пространство. Чем больше переменных требуется для описания состояния системы, тем больше его «мерность». Например, для описания социальной системы необходимо знать выраженные в единой количественной (например десятибалльной) шкале показатели состояния экономики и технологий, уровень здоровья и образования населения, рождаемость и смертность, наличие природных ресурсов и их качество, уровень общей и экологической культуры, состояние дорог, транспорта, сферы обслуживания и т. д. Фазовое пространство такой системы многомерно, его метрика определяется числом выделенных параметров.
В результате обмена ресурсами с другими системами, а также случайных флуктуаций с течением времени параметры системы изменяются, происходит последовательная смена состояний. Точка, соответствующая определенному состоянию системы, перемещается внутри фазового пространства вдоль фазовой траектории, вид которой зависит от интенсивности процессов обмена системы с окружающей средой, свойств системы и характера изменения ее внутреннего состояния.
Чтобы представить фазовую траекторию в аналитическом виде, необходимо знать взаимосвязь между параметрами системы. В случае открытых систем, далеких от равновесия, независимо от их природы, эта взаимосвязь может быть выражена через совокупность нелинейных (т. е. содержащих переменные в степени, большей единицы) дифференциальных (связывающих искомую функцию, ее производные и независимые переменные) уравнений.

2. Точка бифуркации

В общем случае решение таких уравнений графически может быть представлено семейством фазовых траекторий (рис. 9). Точки их пересечения (если таковые имеются) носят название точек бифуркации(лат. bifurcus — вилка, раздвоенный) — точек «выбора» системой дальнейшего пути развития. Точки бифуркации — это особые точки — точки равновесия, которое может быть как устойчивым, так и неустойчивым. С позиций синергетики интерес представляют именно неустойчивые состояния. Их появление означает потенциальную возможность перехода системы в новое качественное состояние, новый режим, которому будет отвечать новый тип ее поведения.
Эти состояния, их характер и параметры зависят от граничных условий, задаваемых свойствами среды, в которой находятся исследуемые системы. При этом изменение управляющего параметра ведет к удвоениюпериода бифуркации, возникает два новых состояния (удвоение М. Фейгенбаума), например, деление клетки или крупных и трудноуправляемых социально-экономических систем на более эффективные.

Рис. 9 Фазовые траектории в окрестностях особых точек:
а) устойчивый узел; b) неустойчивый узел; с) устойчивый фокус;
 d) неустойчивый фокус; e) седло; f) центр.

В таких состояниях чрезвычайно важны случайные флуктуации. От их величины, направления и времени воздействия зависит, по какой из возможных траекторий система будет выходить из состояния неустойчивости. Большинство возникающих флуктуаций рассеивается. Однако при определенных (пороговых) условиях они могут усиливаться за счет случайных (или целенаправленных) внешних воздействий, которые, действуя в резонанс (лат. resono — откликаюсь), как бы «подталкивают» систему к выбору траектории развития. В этом случае направленные слабые внешние воздействия могут привести к кардинальным изменениям системы. Таким методом часто пользуются для управления социальными, экономическими, педагогическими, экологическими, технологическими и другими системами. Нужно только правильно выбрать характер воздействия и найти подходящий момент времени.

3. Фракталы и аттракторы

В точках бифуркации перед самоорганизующейся системой открывается множество вариантов (поле) путей развития. Одновременно возникает множество диссипативных динамических микроструктур — прообразов будущих состояний системы — фракталов (англ. fractial — дробный).
Как правило, большинство из фрактальных состояний оказываются невыгодными с точки зрения фундаментальных законов, и либо разрушаются полностью, либо остаются как отдельные рудименты, архаические остатки прошлого, с которыми мы нередко сталкиваемся не только в мире природы, но и в жизни общества, языке и культуре народов. В точке бифуркации происходит своеобразная их конкуренция, «выживает» то из них, которое является наиболее адаптивным к сложившимся на данный момент как внешним, так и внутренним условиям.
Здесь чрезвычайно важную роль играют кооперативные (совместные) процессы внутри самой системы, основывающиеся на когерентном (согласованном) взаимодействии элементов зарождающейся фрактальной структуры. Это взаимоподдерживающее соразвитие элементов, способствующее сохранению устойчивости развития системы, получило название коэволюции.
В среде, находящейся в особом состоянии, неустойчивости сменяются устойчивостями, и этот процесс периодически повторяется. Эта направленная череда событий, этот бесконечный круговорот созиданий и разрушений, с которым связано обновление, усложнение и совершенствование мира есть ни что иное, как эволюция. Система проходит через бифуркации и случайность от хаоса через промежуточные простые структуры до сложноорганизованных. Вектор эволюции всегда направлен по пути отбора фракталов, более адаптивных, более приспособленных к внешним условиям. При этом иногда происходит усложнение и реализуется более высокая степень организации, а иногда процесс идет по пути упрощения. Благодаря этим процессам мы наблюдаем то великое разнообразие простых и сложных биологических организмов, определенное соотношение между которыми и обусловливает устойчивость биосферы Земли.
Чем разнообразнее состав системы, чем выше способность ее элементов к кооперации, тем больше возможностей для образования новых типов внутренних взаимосвязей, тем выше адаптивные возможности системы, а значит, и стабильнее ее функционирование. Системе как бы «предписан» путь развития, оптимальный с точки зрения выполнимости объективных законов природы (прежде всего законов сохранения) и соответствия внешним условиям. Она живет не вопреки, а сообразно этим законам. Их нарушение грозит ей разрушением.
Но даже, если она и развивается сообразно этим законам природы, картина ее будущего весьма неопределенна и принципиально непредсказуема в силу фундаментальной роли случайного. На сцене эволюции господствует его величество случай. Именно он выступает изобретателем и творцом будущего. Случайное слабое внешнее воздействие или слабые флуктуации внутренних параметров, «приуроченные» к определенному моменту развития системы, могут привести к большим ее внутренним изменениям. Флуктуации возникают хаотично, их огромное количество, но большинство из них затухает, как бы отсекаются все лишние вихревые потоки, остаются только те, которые образуют новые устойчивые макросостояния (структуры) — аттракторы. Аттрактор как бы притягивает к себе множество траекторий развития системы, определяемых разными начальными значениями параметров, создавая своеобразный конус.
Если неустойчивая микроструктура попадает в конус аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к устойчивому состоянию и может находиться в нем до тех пор, пока в силу каких-либо причин система вновь не придет в неустойчивое состояние. Эти причины связаны с несоответствием внутреннего состояния открытой системы внешним условиям среды. И опять у системы возникает множество вариантов развития. Наглядно этот процесс можно представить в виде эволюционного дерева биологических видов или антропогенеза.

4. Сценарий самоорганизации сложных систем

Поведение системы в точке бифуркации подобно блужданию по лабиринту со множеством тупиков. «Выбор» пути развития осуществляется методом проб и ошибок до тех пор, пока она не «находит» вариант, оптимальный с точки зрения фундаментальных законов природы (законы сохранения массы-энергии, энтропии-информации, принцип минимизации энергии и др. ). При благоприятных условиях один из фракталов «разрастается» и перерождается в новую макроструктуру. В результате этого система переходит в новое качественное состояние.
«Выбрав» дальнейший путь развития, система продолжает поступательное движение до следующей точки бифуркации. Этот самопроизвольный процесс усложнения и совершенствования системы периодически повторяется и может продолжаться бесконечно долго, нет предела совершенству. При этом отмирают старые элементы и рвутся старые связи, тормозящие ее развитие и совершенствование. В результате адаптации к новым внешним условиям зарождаются и укореняются новые элементы и новые связи. Происходит переструктуризация системы, у нее появляются новые функции. Это новое сохраняет из старого то положительное, что стимулировало и поддерживало развитие, вследствие чего в новом состоянии сохраняются следы былых состояний и структур, что и обуславливает их генетическое родство.
Траектория процесса развития любой системы, вектор его направленности определяют динамику ее эволюции. Вначале идет медленное количественное накопление изменений. Оно возможно лишь до определенного предела — состояния неустойчивости. В этом состоянии происходит переход количественных изменений в качественные, который, как правило, осуществляется скачком.
Х

                                    В

             А

 

                                                                                        t

                                          Z

Рис. 10 Бифуркационный характер эволюции системы(Х, Z— параметры системы, t— время, А и В — точки бифуркации)

Момент перехода определяется свойствами системы и уровнем флуктуаций в ней. В результате скачков в системе происходят кардинальные (революционные) изменения. Наглядно этот процесс можно представить в виде диаграммы, приведенной на рис. 10.
Скачкообразное изменение внутреннего состояния системы в ответ на плавное изменение внешних условий в математике называют катастрофой. Для системы это означает потерю устойчивости. Такие состояния изучает специальный раздел математики «теория катастроф», основы которой разработал французский математик Р. Тома в середине семидесятых годов ХХ столетия. Сегодня ее методы широко применяются в моделировании поведения биосферы, головного мозга, психики, работы сердца, а также в лингвистике, эмбриологии, гидродинамике, технике, химической технологии, социологии и др.
Развитие системы любой природы представляет собой череду описанных выше, изменений, а эволюционный процесс — определенную последовательность медленных, постепенных этапов развития и качественных скачков разного масштаба, периодический процесс смены ее качественных состояний, движение от одной неустойчивости к другой, от одной точки бифуркации к другой.
Поступательное движение системы по пути эволюции связано с необходимостью выработки качественно новых адаптивных механизмов. Если система благодаря внутренней перестройке сумела приспособиться к новым условиям, то она переходит к новому устойчивому состоянию, в противном случае она деградирует и разрушается. В устойчивом состоянии она будет находиться до очередной, важной для нее, случайной флуктуации, под влиянием которой ситуация вновь повторится. Этот периодический процесс протекает до тех пор, пока система обменивается с окружающей средой ресурсами. В естественных условиях (в отсутствии специального управления) он может продолжаться бесконечно долго, что и наблюдается на примере естественных химических и биологических систем, единственным «управителем» и «исполнителем» преобразований в которых являются фундаментальные законы природы.
По такому пути идет развитие абсолютно всех систем, но скорость этого процесса в разных системах различна. Так химическая эволюция Вселенной продолжается вот уже около двадцати миллиардов лет, живого вещества — около четырех, эволюция человека— около двух миллионов, а общества — несколько десятков тысяч лет.
Но нельзя сказать, что все в природе пущено на самотек. Всегда есть внешние факторы (потоки информации, энергии, вещества) которые как бы подталкивают систему к самоорганизации. Например, самоорганизация биосферы осуществляется благодаря энергии Солнца, работа лазера — благодаря энергии накачки и т. д. В физике кооперативных явлений (физика плазмы, лазерная физика) упорядочивание систем достигается не только за счет поступающей извне энергии, но и за счет управления ее характером и потоками. В более сложных, иерархически организованных системах каждая вышестоящая система путем обмена информацией управляет нижестоящей. Например, мозг, как самый сложноорганизованная система живого организма управляет работой всех остальных его органных систем.
Новые понятия и термины: неустойчивые состояния, фазовое пространство, фазовая траектория, аттрактор, фрактал, управляющий параметр, точка бифуркации.
Ведущие идеи:
— созидающая роль случайности в самоорганизации системы
— бифуркационный характер эволюции системы;
— сходство механизмов самоорганизации систем разной природы.

3. 2. 4 СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА И УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ

1. Синергетическая картина мира

Общие закономерности протекания процессов самоорганизации социоприродных систем, выявленные синергетикой, позволяют наиболее полно проиллюстрировать единство всего сущего, построить картину мира, в которой все — жизнь неживой и живой природы, жизнь и творчество человека, жизнь общества — связано со всем и подчинено единым вселенским фундаментальным законам. Это обобщенная синергетическая картина мира.
Ее ядро составляют идеи:
— Мир представляет суперсистему, состоящую из иерархии взаимосвязанных подсистем разного уровня сложности, в которой системы более низкого иерархического уровня являются элементами систем более высокого уровня. Для описания их состояния необходимо знать огромное число параметров, характеризующих всю суперсистему и каждую подсистему в отдельности.
— Мир находится в постоянном изменении. Этот глобальный процесс представляет периодическую смену разрушений старого и созиданий нового на пути самоорганизации и усложнения.
— Самоорганизация и усложнение возможны лишь в открытых диссипативных системах, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией и находятся вдали от термодинамического равновесия.
— Закономерности развития систем носят вероятностный стохастический характер; случайность и неопределенность выступают как фундаментальное свойство всего сущего. Случайное изменение отдельных внешних или внутренних параметров системы, отклонение их от равновесного значения (флуктуации) могут вызвать неустойчивость состояния всей системы или ее частей и послужить конструктивным началом для усложнения и перехода на качественно новую ступень развития.
— Процесс самоорганизации происходит в результате взаимодействия случайности и необходимости и всегда связан с переходом от неустойчивости к устойчивости более высокого порядка.
— Самоорганизация обусловлена кооперативными процессами, коллективным согласованным резонансным взаимодействием элементов системы; интеграцией их совместных усилий на пути развития системы; именно благодаря этому зарождаются новообразования, которые при благоприятных условиях могут перерасти в новую макроструктуру.
— Развитие происходит по нелинейным законам. Нелинейность означает многовариантность путей выбора и альтернатив выхода из неустойчивых состояний.
Глобальный процесс самоорганизации природы, бесконечный в пространстве и времени просматривается во множестве уровней и проходит через несколько этапов.
1. Самоорганизация и эволюция косной (неживой) материи. В этом процессе можно выделить два направления:
— химическая эволюция: элементарные частицы ® атомы ® неорганические молекулы ® простые органические молекулы ® биополимеры;
— структурная эволюция Вселенной: газопылевая туманность ® звездная система ® галактика ® метагалактика ® Вселенная.
Эти процессы происходят благодаря примитивным способам отражения косной материи и обмену физической информацией (взаимодействию), носителем которой являются гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное поля. Это этап предбиологической эволюции.
2. Самоорганизация и эволюция живого вещества. На определенном этапе эволюции косной материи, в какой-то момент времени, в какой-то точке Вселенной (на Земле, а может и еще в каком-то другом месте) создались условия, при которых органическое вещество сгруппировалось в системы, способные к саморегуляции и самовоспроизведению. Последовательное усложнение этих систем в течение миллиардов лет привело к появлению высокоорганизованных животных. Живое возникло и существует благодаря наличию косного вещества. Между живым и неживым сложная взаимосвязь, определяемая потоками энергии, информации и вещества, поддерживающими гомеостаз живых систем, существующих в виде сообществ разного уровня сложности.
Живое вещество обладает более сложной формой отражения, имеющей опережающий характер. Ему присущи более сложные формы приема, накопления и передачи информации. На Земле процесс эволюции живого идет вот уже около 3,5 миллиардов лет.
3. На вершине эволюционной пирамиды живого находится человек, обладающий самым высокоорганизованным, из всех известных нам организмов, мозгом и психикой, способный осмысленно познавать окружающий мир и самого себя. Процесс антропогенеза (оформление человека как биологического существа) начался около 50 миллионов лет назад.

•  На определенном этапе эволюции от высших животных к человеку возникают сообщества, основанные на разуме и коллективной деятельности. В процессе самоорганизации сообществ в течение нескольких миллионов лет происходила социальная и психическая эволюция человека, зарождалась культура. В этот период усложняются коммуникативные отношения, техническая оснащенность, уровень познания и использования природы. Человек изменяет характер энергетических, вещественных и информационных потоков, активно вторгается в биогеохимические циклы, создает искусственные системы и управляет ими.
•  Около 40 тыс. лет назад начинается этап активного социогенеза (оформления социальных отношений), а около 10 тыс. лет назад появляются первые цивилизации со сформировавшимся типом культуры.

2. Универсальный эволюционизм

Анализ самоорганизации окружающего мира на уровне косного, живого и социального указывает на общие характерные закономерности процессов, протекающих в системах разного уровня, общие тенденции и направленность эволюции. В рамках этих представлений Н. Н. Моисеевым была предложена концепция универсального эволюционизма. В ней дарвиновская триада, выдвинутая на основе эмпирических обобщений — изменчивость, наследственность и отбор получила методологическое обоснование. Выведя эти термины за пределы биологического и расширив их смысл, можно использовать их для объяснения механизма развития систем любой природы. Случайность и неопределенность — это фундаментальное свойство материи обуславливает изменчивость окружающего мира. Наследственность означает зависимость настоящего и будущего от прошлого. Степень этой зависимости определяется «памятью» системы, которая в пределе может принимать значения от нуля (хаотические образования, лишенные памяти) до бесконечности (жестко детерминированные системы). Но реальные системы имеют некоторый «коридор» памяти; ширина которого зависит от уровня их организации. Изменчивость создает возможность реализации множества возможных вариантов развития системы. Однако наследственность ограничивает их число. Из множества допустимых вариантов «отбираются» те, которые не противоречат фундаментальным законам природы, в результате отбора «выживают» наиболее целесообразные и устойчивые в сложившихся условиях структуры.
По своей масштабности открытие механизмов самоорганизации систем и закономерностей универсального эволюционизма стало научной революцией, более мощной, чем научные революции начала ХХ века, связанные со становлением теории относительности и квантовой механики. Синергетика дает новый образ мира как открытой системы, развивающейся по нелинейным законам, раскрывает двойственную природу хаоса, его созидающее и деструктивное начала. Новое звучание принимает креативная триада Хаос-Теос-Космос, обсуждавшаяся в мифологии и религии. Только уже роль Теоса — управителя мира, играет способность Хаоса к самоорганизации. А случайность, неопределенность и вероятность оказываются фундаментальными свойствами природы.

Вместе с тем, нельзя считать синергетику как некую панацею. Это всего лишь одна из интерпретаций, используемых в понимании сложного, один из возможных подходов к описанию мира. Она позволяет объединить, казалось бы, разнордные явления и процессы, протекающие в неживой природе, живом веществе и обществе в единое целое, используя общий язык для их описания. Это позволяет увидеть весь окружающий мир в контексте единого процесса развития. В настоящий момент модели, построенные синергетикой, болеереалистичны, более адекватно описывают особенности развития окружающего мира. Но вовсе не исключено, что в будущем найдутся новые, более совершенные модели и подходы к его описанию.
.

Ваш комментарий о книге
Обратно в раздел Наука