CC BY
73
УДК 61; 577
COMPLEXITY - ОСОБЫЙ ТИП БИОМЕДИЦИНСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ
В.М. ЕСЬКОВ*, А.А. ХАДАРЦЕВ**, В.В. ЕСЬКОВ*, Т.В. ГАВРИЛЕНКО*, М.А. ФИЛАТОВ*
Сургутский государственный университет, пр-т Ленина, 1, г. Сургут, 628412, Тюменская обл., ХМАО-Югра ** Медицинский институт, Тульский государственный университет, ул. Болдина, д. 128, г. Тула, 300012
Аннотация: представлено обоснование общности биомедицинских и философских наук (философии науки). В рамках системного анализа и синтеза даются формулировки общих законов биологии и медицины. Раскрывается сущность теории хаоса и самоорганизации с позиций третьей парадигмы) естествознания.
Ключевые слова: третья парадигма, биология, медицина.
COMPLEXITY AS SPECIAL TYPE OF BIOMEDICAL AND SOCIAL SYSTEMS
V.M.ESKOV*, A.A. KHADARTSEV**, V.V.ESKOV*, T.V. GAVRILENKO*, M.A.FILATOV*
Surgut State University **Medical Institute, Tula State University
Abstract: the basis of commonality of biomedical science and philosophy (philosophy of science) was presented. According to system analysis and synthesis the global laws of biology and medicine were proposed. The theory of chaos and self-organization was determined according to the Third paradigm.
Key words: the Third paradigm, biology, medicine.
В известном выступлении (Fundamental sources of unpredictability) в SFI, march 1996 year выдающийся физик и специалист по «complexity and uncertainty systems» Murray Gell-Mann представил определенную классификацию непредсказуемостей, «которые обязательно возникают в теории» [15]. Однако, выдающийся ученый сконцентрировал свое выступление преимущественно на объектах физической природы (квантовая механика, элементарные частицы, матрица плотности Вселенной, идеях Hartle и Hawking).
Именно для таких систем, объектов и областей знаний M. Gell-Mann попробовал в своем выступлении сформулировать определение хаоса, который в классическом понимании обозначает случаи, когда «результат процесса нечувствителен к мельчайшим деталям на входе, в смысле взаимной расходимости классических орбит, которая характеризуется экспоненциальной зависимостью от времени» [17].
В этой цитате заключено классическое определение хаоса для любых динамических систем, когда задание начальных значений параметров системы - компонент вектора состояния системы (ВСС) x(to) не определяет дальнейшую траекторию ВСС в фазовом пространстве состояний (ФПС) [12]. Подчеркнем, что эти дальнейшие траектории ВСС в ФПС не могут быть описаны в рамках детерминизма или стохастики какими-либо уравнениями, т.е. реальный хаос не может иметь модели в рамках детерминистско-стохастического подхода (ДСП). Объяснение этому весьма логичное и тривиальное - ДСП требует, чтобы можно было сопоставить и проверить динамику поведения модели и реальной системы, но модель, строго говоря, имеет свою динамику, а реальная система - свою, и эти динамики (или фазовые траектории) не сопоставимы и не повторимы (это хаос!) [1-5,9,14].
Однако, в рамках ДСП мы все-таки имеем детерминированный хаос, который характеризуется определенной повторяемостью. На моделях это выглядит как достижение специального значения бифуркационного параметра, и с этого момента модель дает то, что отмечал M. Gell-Mann - экспоненты Ляпунова, определенную динамику автокорреляционных функций, неограниченное нарастание количества гармоник (w1+w2+w3+...+wn, где n^-<x>) и ряд других характерных признаков, используемых при идентификации модельного ДСП-хаоса [14,15].
Именно такой детерминированный хаос можно описывать в моделях (но модельные траектории и в этом случае никогда не будут повторением траекторий реального движения ВСС в ФПС, т.к. это хаос). Универсальным методом идентификации хаотических динамик поведения сложных (нелинейных) систем в ФПС является свойство перемешивания, но оно тоже требует длительного наблюдения над системой или ее ДСП-моделью. Для детерминистских или стохастических систем (из-за того, что они многократно повторяемы и воспроизводимы) такое в принципе возможно, но для огромного и разнообразного класса «человекомерных» систем (биологических, социальных) такое невозможно в
принципе. Все эти системы являются неопределенными и непредсказуемыми в принципе на всех их этапах наблюдения (начальном x(to), промежуточном x(ti) и конечном состоянии x(tn). Более того, они находятся в непрерывном хаотическом движении, и даже их начальное состояние x(to) не может быть повторено два раза (и более).
Все такие системы по точному определению И.Р. Пригожи-на [19] являются уникальными, неповторяемыми и невоспроизводимыми системами. Их неопределенность и непредсказуемость на «микроуровне» (с точным анализом поведением их ВСС в ФПС) определяется их внутренними свойствами постоянной подстройки и самоорганизации в ответ на постоянно меняющиеся условия внешней среды, а также из-за постоянной изменчивости самих элементов системы (нейронов, миофибрилл и др.). На последнее обращал внимание выдающийся эволюционист Ernst Walter Mayr, и он был совершенно прав. Какой бы динамический процесс мы не взяли в организме человека (тремор конечности, частоту сердечных сокращений, биохимические параметры крови, биопотенциалы мозга, параметры памяти или мышления...), все процессы в организме человека находятся в постоянном «треморе», т.е. значения ВСС в виде x=(xj, Х2, ... ,Xm)T непрерывно изменяются в ФПС (ВСС хаотически движется в ФПС). Отсюда мы делаем заключение: жизнь (динамика поведения живых систем как complexity) постоянно демонстрирует непрерывный «тремор» всех параметров ВСС в ФПС, и только смерть, переводя живое в неживое, уравнивает жизнь с остальной неживой природой (лучше сказать - с физическими, химическими и техническими системами). Для таких ДСП-систем имеется и определенность, и предсказуемость (хотя многие из них также могут быть непредсказуемыми, их непредсказуемость все-таки отличается от непредсказуемости живых систем - complexity, что и выделил особым образом M. Gell-Mann в своем сообщении). Эта предсказуемость во многих случаях основывается на функциях распределения. Последнее означает, что такие системы и процессы повторяемы и воспроизводимы, т.к. для них можно рассчитать частоты событий и применить теорему Бернулли.
Для тех, кто сумел понять различие между ДСП и третьей парадигмой, между определенностью ДСП и полной неопределенностью систем третьего типа (complexity) остается главный и весьма тяжелый вопрос: что с этой неопределенностью, с живыми системами - complexity делать? Как их можно изучать и прогнозировать? Для нас уже очевидно, что изучать и описывать реально такие сложные системы (а не их гипотетические, усредненные образы) - надо другими методами в рамках разрабатываемой нами теории хаоса и самоорганизации (ТХС), с использованием понятий квазиаттракторов, матриц межаттракторных расстояний и методов определения хаотической динамики биосистем на основе свойства перемешивания.
1. Главные вопросы биологии (одновременно и философии науки). В известной статье [10] «Что такое жизнь с разных
точек зрения» ее автор В.В. Смолянинов поднимает фундаментальные вопросы различных наук о жизни, конкретно биофизики и естествознания в целом. Если кратко, то их можно свести к двум базовым вопросам: «Существует множество небиологических подходов (трактовок, точек зрения - В.В. Смолянинов) на биологию а существует ли свой собственный, биологический подход?». Это первый вопрос перешел во второй фундаментальный вопрос: в чем «суть жизни»? Итак, имеет ли свой аппарат наука о живых системах (отдельная ли наука биология?) и имеется ли точное определение (или понимание) того, что такое жизнь и в чем сущность живых систем (чем живое отличается от неживого, в чем суть жизни)? Эти два вопроса очень сложные для современной традиционной науки и в настоящее время остаются без ответов вот уже на протяжении нескольких веков. Отметим, что подобные вопросы стоят и перед философией (и тоже без ответов). В известной статье «Философия: слово - концепт» В.В. Мархинин попытался ответить на вопросы: «что такое философия» и «существуют ли особые методы, аппарат» этой области знаний (или науки?) с позиций филологического, исторического и этимологического подходов. Однако, проблемы определения предмета, метода и перспектив развития самой философии остаются в виде вопросов, но без ответов на них, что имеет место и для биологии (с биофизикой).
Действительно, в традиционной детерминистско-
стохастической науке или подходах (ДСП) имеется хорошо сложившееся понятие науки и хорошо сформулированный формальный, абстрактный аппарат для описания объектов, прогноза их динамики, их состояния и поведения в будущем. Традиционная ДСП-наука на основе физики, математики и химии создала свои прикладные разделы в виде различных технических направлений (виды техники). Более того, сложилось четкое представление о том, что такое наука вообще (в рамках ДСП). В рамках этих представлений главными детерминантами выступают: повторяемость, воспроизводимость процессов, сформированный формальный аппарат и возможность прогноза событий, релятивизм предыдущих теорий. Это все перечисленное - пять детерминантов ДСП для определения науки, т.е. традиционной, детерминистско-стохастической науки, отличной от третьей парадигмы.
На сегодняшний день мы имеем постепенно формирующийся третий подход к изучению биосистем (и им подобных систем с максимальной неопределенностью в динамике поведения), и такие системы (мы их называем системами третьего типа в отличие от детерминистских и стохастических систем) не могут изучаться и прогнозироваться в рамках традиционной ДСП-науки. Для изучения этих систем необходимо другое понимание самой науки, ее методов, разработки новых теорий, создание новой, третьей парадигмы (отличной от ДСП). Все это требует и нового понимания самой науки во всей научной среде, т.к. мировое сообщество ученых прочно вошло в ДСП, в традиционные ценности классической науки. И поэтому восприятие третьей парадигмы и систем третьего типа весьма затруднено. Учитывая все сказанное, мы должны констатировать наличие проблем, понимание которых позволит хотя бы приблизиться к ответам на два фундаментальных вопроса (в философии науки, а теперь уже и в биологии), представленных выше (если кратко: в чем специфика биологии как науки и в чем суть жизни?) [6]. Для философии эти вопросы звучат аналогично: в чем специфика философии (наука ли она) и что такое философия вообще? В этом смысле и философия, и биология - области знаний с максимальной неопределенностью в объектах и методах исследований. Это их уже существенно отличает от ДСП-наук (физики, химии, техники) [7,8].
2. Кластеризация основных проблем в идентификации живых систем и методов их познания. Сразу отметим, что первая проблема (о специфике философии и науки) связана с определением науки в рамках ДСП и с позицией новой, третьей парадигмы, которая дает новый взгляд на науку, ее новое определение и, главное, разграничение этих трех типов наук между собой. Вторая проблема сводится к пониманию различий в свойствах, динамике поведения систем, которые лежат в основе трех видов наук (детерминистской, стохастической и хаотически-самоорганизующейся). Существует и третья проблема, которая базируется на отрицании возможностей описания систем третьего типа (живых систем, complexity, человекомерных систем по С.П. Курдюмову и В.С. Степину [10]) в рамках традиционных ДСП-наук. Эту позицию мы активно сейчас развиваем и
отстаиваем, т.е. мы доказываем существование особых систем третьего типа, отличных от ДСП-систем.
Восприятие последней, третьей проблемы и ее раскрытие (для философии и науки во всем многообразии) для нас представляется наиболее трудной задачей, т.к. научное сообщество весьма тяжело будет уходить от восприятия первых двух проблем, но еще тяжелей оно будет воспринимать решение третьей проблемы -проблемы хаосо-сложности (как ее обозначает J. Horgan в восьмой главе своей известной монографии «The End of Science» [17]). Таким образом, перед нами стоят очень сложные вопросы, которые выходят за рамки сущности жизни, но они являются базой для понимания самой жизни. Ответы на эти два вопроса затрагивают фундаментальные основы науки, развития человечества (т.к. без науки это развитие не могло бы быть) и гарантируют переход всей цивилизации в новый мир - мир самоорганизующихся систем, где постоянно происходит направленная эволюция на усложнение как самого человека, так и человечества в целом. Такое усложнение действительно является законом развития жизни, всего живого, но одновременно это - один из принципов идентификации жизни, живых систем, т.е. это свойство живого и оно обозначается нами как постоянная эволюция систем третьего типа (это третье свойство биосистем) в разрабатываемой нами сейчас ТХС из общих пяти базовых свойств.
Можно сделать определенный вывод: понимание особых свойств объектов и методов при изучении живых систем, жизни в целом требует решения не только научных проблем, но и расширения мировоззренческих, понятийных, а, следовательно, и философских подходов. Иными словами, анализ указанных трех проблем и двух фундаментальных вопросов (в интерпретации В. В. Смолянинова) требует научного и философского осмысления свойств и критериев определения жизни и понимания законов развития науки в целом. Последнее базируется на осознании неизбежности принятия и изучения закономерностей развития трех парадигм в науке и мировоззрении в целом и осознания реального существования в природе и обществе систем трех типов: детерминистских, стохастических и хаотических-
самоорганизующихся.
Постановка таких проблем требует нового понимания общей динамики развития философии и науки. Мы неоднократно подчеркивали, что процессы, происходящие сейчас в науке и с самой наукой (как кластера, обеспечивающего развитие человечества) можно характеризовать с позиций деятельности (как это выполнил В.С. Степин [11]) и с позиций состояний, которые происходят с любой динамической системой в ходе ее развития независимо от существования субъекта исследования, т.е. независимо от сознания исследователя. В первом случае В. С. Степин предлагает триаду: «субъект^-используемые им средства и опе-рации^объект исследования». Эта триада и составляет гносеологическую основу определенных изменений в самой указанной триаде при переходах «классика-неклассика-постнеклассика», т.к. в теории познания основу составляют именно субъект-объектные взаимоотношения. Исходя из этого познавательнодеятельностного подхода, В. С. Степин дал классификацию типов рациональности в виде классической, неклассической и постне-классической, а их описание создано на основе соответствующих методов действий (а также особых идеалов и норм научности, которые формируют эти методы или с помощью которых эти методы могут быть оценены) и, наконец, на ценностно-целевых структурах субъекта деятельности.
В конечном итоге все эти перечисленные кластеры (критерии идентификации различий классической, неклассической и постнеклассической рациональности) формируют научную картину мира и мировоззрение человечества на разных этапах его развития c позиций самого человека и человечества. Эти закономерности перехода (эволюции) систем знаний о мире и познания закономерностей мира человечеством объективны и всеобъемлющи, но несмотря на то, что они впервые были сформулированы еще в 1989 году (журнал «Вопросы философии»), до настоящего времени они не получили должного развития в виде массового и глобального обсуждения и признания (по крайней мере, на мировом уровне). Вместе с тем это должно составить основу базового развития современной философии, которая очень надолго «задержалась» на частных кластерах своего развития и особенно на детальном изучении своего исторического наследия и довольно медленно пытается войти в область изменений самой науки, от которой философия пытается дистанцироваться, но без
которой сейчас она не может существовать (грекам в этом смысле было более комфортно, у них не было трех парадигм и трех видов наук). Нечто подобное происходит и в биологии, где частности закрыли обсуждение глобальностей и общностей в характеристике живых систем.
Не отрицая необходимости активного изучения и развития этих кластеров знаний (истории философии и науки, исследования отношений и динамики формирования научных картин мира и мировоззрений на разных этапах развития человечества), необходимо подчеркнуть острую необходимость осмысления глобальных законов развития науки в целом и теории научного познания природы и человека (вместе с его творениями в виде социумов, гуманитарной культуры, научных знаний). Представляется, что цели и задачи, обозначенные в основных работах В. С. Степина в указанной области базовых законов развития науки и человечества с позиций деятельностного подхода и, частично, с позиций структуры оснований науки, должны задать приоритетные направления развития не только философии науки, всей философии, но и самой науки. Однако, этого пока ни в науке, ни в философии (и философии науки) не происходит.
Последнее (переход к третьей парадигме) обусловлено тем, что в рамках развития такого подхода (направления) становится возможным возникновение и утверждение новых законов фрактального (самоподобного) развития любых сложных систем. К последним, безусловно, можно отнести и саму философию (как систему общих знаний о природе и обществе на основе «любви к мудрствованию»), науку (со всеми ее кластерами), человечество (с им создаваемой культурой) и, наконец, всю живую и неживую природу (биосферу Земли,., Вселенную). Все перечисленное можно характеризовать как сложные системы и можно попытаться также их классифицировать и систематизировать как с позиций теории познания (т. е. субъективно, с позиций субъекта в виде человечества и отдельного человека и субъект-объектных отношений), так и с позиций их (всех этих систем) собственных (присущих им) свойств. Именно эту часть глобальной проблемы мы и представляем в настоящем кратком сообщении. При этом мы не умаляем ценность подхода В.С. Степина, но отмечаем его определенную ограниченность, которая связана с отрицанием особых свойств систем третьего типа, complexity (точнее, все такие системы пока во всей науке и философии, фактически, изучают в рамках ДСП).
При этом все дело сводится именно к решению проблемы жизни, живых систем, т.к. именно они (свойства и характеристики complexity) составляют основу систем третьего типа и именно они не могут быть познаны и описаны в рамках ДСП. На наш взгляд эта проблема (жизни) является ключевой для науки, философии и философии науки. Однако, главные результаты в решении этой проблемы мы все-таки ожидаем от применения принципов и методов третьей парадигмы и ее формализованной части применительно к объектам и системам третьего
типа. Последние составляют основу биологии, экологии, медицины и многих наук, связанных с деятельностью человека (социологии, политологии, психологии, теории развития государства и права и др.). Все такие науки занимаются системами, находящимися в непрерывном изменении и они способны выходить (по своим параметрам) далеко за пределы трех стандартов отклонений. Все такие системы обладают особыми пятью свойствами и 13-ю отличиями от ДСП-систем. Гигантские отклонения, противоречащие базовым принципам ДСП, свободно возникают в системах третьего типа. Достаточно вспомнить кризис 1987 г. (см.
Н. Талеб «Черный лебедь.») или флуктуации массового сознания, организованные Гитлером или Сталиным.
3. Жизнь, как непрерывный хаос и существование трех видов хаоса в природе согласно трем парадигмам. Основная дискуссия между детерминистско-стохастическими подходами (или парадигмами - ДСП) и новыми подходами в кибернетике (например, либернетике В.В.Смолянинова) и теории хаоса (хаоса
- самоорганизации) возникает при обсуждении различий между физикализмом (редукционализмом), кибернетикой с общей теорией систем (ОТС) и новым направлением, которое В. В. Смоля-нинов в своей известной статье определяет как либернетику, а наша научная школа - как теорию хаоса и самоорганизации. В этой дискуссии, на наш взгляд, главное - это правильно выделить противоречия и осознать невозможность в описании методами ДСП особых систем третьего типа, либернетических (живых) систем, по В.В.Смолянинову, ТXC - систем с позиций третьей
парадигмы. В этом отношении, опять-таки по нашему убеждению, главное заключается в понимании существования особых систем, систем третьего типа, которые находятся в непрерывном изменении, т.е. у них никогда вектор состояния системы (ВСС) x=(x1, %2, ...,xm)T не имеет постоянного значения, т.е. их dx/dt£0 постоянно.
Волей или неволей, но путем полученных заключений,
В. В. Смолянинов приходит к выводу: «. современные физики, «организации» противопоставляют «хаос», порождаемый чисто стохастическими средствами». В этой фразе заключено два фундаментальных для всего естествознания противоречия. Во-первых, современные физики жестко разделяют «хаос» от «организации». Во-вторых, «хаос» с позиций ДСП порождается «стохастическими средствами». Рассмотрим, что здесь имеется противоречивого и крамольного в логическом плане, с позиций ТХС, т.е. третьей парадигмы. Подчеркнем, что этот тезис для многих учёных (находящихся в рамках ДСП-науки) очевиден и он правильный, но для систем третьего типа, в частности для живых систем, это утверждение лишено всякого смысла. Поясним это утверждение именно с позиций сравнения ДСП с ТХС.
В рамках обычного, т. е. в рамках ДСП, системного анализа, безусловно, можно образовывать такие конструкции как «организация-дезорганизация» и «хаос-порядок». Однако, такие переходы как раз и характерны для первой и второй парадигм, т.е. для ДСП. Например, в классическом определении хаоса, в рамках ДСП, мы должны первоначально определить систему, ее некоторые состояния (в детерминизме это могут быть точки покоя, когда dx/dt=0, или бифуркации рождения циклов, т.е. возникает, например, периодическое решение с частотой м), а затем перевести бифуркационный параметр в некоторое значение, при котором возникает хаотическое движение вектора состояния сиё-стемы. Последнее, обычно, характеризуется резким увеличением количества гармоник, т.е. М1 переходит к М2, юз,...,ю№ где п^ю. Именно так можно определить хаос в ДСП, т.е. по спектральной характеристике, когда общее число гармоник нарастает до бесконечности. Однако, такие идентификации требуют построения моделей биосистем и длительного мониторинга поведения ВСС в этих моделях, что для сложных биосистем (complexity) неприемлемо и даже вообще невозможно в принципе.
Однако, в ДСП есть еще одно определение хаоса: задание начальных параметров системы (например, dx/dt=0 или Maconsf) не определяет дальнейшую траекторию поведения системы в ФПС (или M1 переходит в M2+ Мз+.+Мп, где п^<х>). В рамках такого хаоса появляется бесконечное множество свобод (траекторий в ФПС) и полная неопределенность в их выборе (куда и с какой скоростью будет двигаться ВСС в ФПС совершенно неизвестно). Переход же от хаоса к порядку в этом случае означает выбор определенной траектории из бесконечного множества возможных (а это хаос) и тогда появляется предсказуемость и прогнозируемость процесса. Во многих случаях мы можем для упорядоченных систем говорить о цели в динамике поведения системы. Сейчас в ТХС этот выбор для сложных биосистем, биологических динамических систем (БДС) - осуществляется телеологически за счет внутренних (или внешних) принципов самоорганизации (или управления). Иными словами, постфактум мы можем объяснить каким образом событие или процесс произошел, но исходно, до развития процесса, реальные цели и принципы самоорганизации таких систем 3-го типа, их конечное состояние - нам неизвестны.
Итак, в детерминизме (в физике, химии, технике, но не для всех процессов!) мы можем говорить о полной определенности (организованная, упорядоченная система) или о полной неопределенности (дезорганизованная, беспорядочная система), если ДСП-система находится в детерминистском хаосе. При этом, для детерминистского хаоса, такие переходы «порядок-хаос» или «организация-дезорганизация» вполне организованные (в смысле физико-химического редукционизма). Они повторимые и воспроизводимые. Достаточно организовать определенные условия: достигнуть бифуркационного параметра модели или создать подходящие условия для фазового перехода (для тройной точки, в физике, например, это P-критическое, Т-критическое, V-критическое) при наблюдении, например, явления критической опалесценции. Такой хаос повторяем, воспроизводим любое число раз. Это детерминистский хаос: повторяемый, воспроизводимый, прогнозируемый. Он повторяем в своей инициации, но динамика его имеет все атрибуты хаоса: Мп и п^да, будущее не
прогнозируемо, можно зарегистрировать свойство перемешивания, а на любых моделях применимы все аналитические методы идентификации хаоса в виде показателей Ляпунова, автокорреляция и т. д.
Сразу подчеркнем, что для живых систем такой хаос практически невозможен. Его нельзя многократно повторять и воспроизводить. Более того, в ТXC мы доказываем, что все complexity (сложные системы) находятся в непрерывном хаотическом движении в ограниченных областях ФПС (квазиаттракторах). Это движение - первородный и непрерывный хаос биосистем -является базовым определением (и свойством) живого. Тогда переходы от жизни к смерти - это переход от непрерывного ТXC-хаоса в ДСП-хаос. Например, смерть как хаос, если человек умер, всегда. Детерминистский хаос, как и любое состояние детерминистской системы, повторяем, воспроизводим и прогнозируем (в смысле времени его наступления). Xотя траектории ВСС в ФПС даже в этом хаосе не повторяемы и не воспроизводимы. Иная ситуация со стохастическим хаосом. Он тоже неповторяем и невоспроизводим на микроуровне, т.е. он тоже непрерывен (известное броуновское движение!), и он не имеет организации. Термодинамический хаос имеет непрерывный характер (хаотическое движение молекул газа в некотором объеме, например), но в этом хаосе, по точному замечанию W. Weaver, не имеется организации. Это неорганизованная сложность (в нашей интерпретации - микрохаос), которая может организоваться только за счет внешних управляющих воздействий (ВУВ). Сама же эта термодинамическая сложность (хаос) организоваться не может. ВУВ же на макроуровне могут организовать такой хаос и это называется термодинамикой (раздел физики), хотя на микроуровне такой хаос непрерывен и неорганизован.
Таким образом, хаос в неорганизованных системах, термодинамический хаос - может иметь ограничения за счет ВУВ, внешних сил, но такие системы второго типа самостоятельно не могут упорядочиваться, организовываться и тем более эволюционировать. Они могут иметь кластерную структуру [13], подчиняться первому постулату ТXC, но для них справедливы флуктуации а не вариации, они описываются неравномерными распределениями. Наоборот, в ТXC мы имеем равномерные распределения, а для ВСС их траектории поведения в ФПС и на микроуровне, и на макроуровне не повторимы и не воспроизводимы (как и в термодинамике на микроуровне) всегда. Нельзя повторить траекторию молекулы или атома в пространстве. Эти траектории хаотичны (броуновское движение), но на макроуровне, под действием ВУВ все можно повторить и воспроизвести. Например, газ или жидкость многократно могут занять конкретный объем со своими конкретными параметрами под действием внешних сил. Однако, для систем третьего типа и на микро-, и на макроуровне все неповторимо и все не воспроизводимо, т.к. это уникальные (единичные) системы.
На макроуровне системы 2-го типа (термодинамические, по W. Weaver [19] - неорганизованная сложность) и повторимые, и воспроизводимые. Без этого бы не было физики и химии. Заставить конкретные молекулы вступать в химические реакции мы не можем, это хаос. Однако, кинетика химических реакций описывается ДСП-моделями, она прогнозируема. Системы второго типа можно описывать в рамках ДСП. Иная ситуация с системами третьего типа. Здесь нет повтора и нет прогноза и на микроуровне (например, на уровне клетки или на уровне функциональной системы организма, и на макроуровне, т. е. на уровне длительной эволюции функциональных систем организма человека или животных, на уровне популяций, экосистем и биосферы Земли в целом. Это все единичные и уникальные системы. Они имеют компартментно-кластерную структуру, постоянно и хаотически мерцают (это второе свойство живых систем) и при этом постоянно эволюционируют (третье свойство БДС), причем эта эволюция хотя и телеологически обусловлена (это четвертое свойство этих систем), но ее финал никогда и никто не сможет спрогнозировать, т.к. он хаотичен по сути. И это - макрохаос complexity (мы не можем прогнозировать свою смерть), т.к. он никогда и никем не прогнозируется, для него нет распределений, нет частот, здесь все уникальное и неповторимое.
Последнее означает, что БДС, их квазиаттракторы постоянно куда-то движутся (эволюционируют). К свойству эволюции (оно имеется в третьем законе биологии) следует добавить телео-логичность этой эволюции (четвертое свойство БДС). Это четвертое свойство связано с постулатом витализма, который пред-
полагает «.целевым образом организованное управление» [9]. Однако, в ТXC мы отрицаем наличие «живых сил», просто мы говорим об организованных программах управления в биосистемах (на молекулярном, генетическом или функциональноморфологическом уровне для целого организма). Итак, по параметрам хаоса ДСП отличается от ТXC, а живое (complexity) отличается от неживого. Ожидается, что наука будет делиться на три кластера (по системам) и философия также должна разделиться сообразно науке на три кластера (В.С. Степин это уже сделал в рамках «субъект-объектных» отношений в виде классики, неклассики и постнеклассики, но это деление отличное от нашего деления на ДСП и ТXC.
4. Теория хаоса и самоорганизации (ТХС) выходит за рамки познания только живых систем, жизни и она поглощает законы и постулаты биологии. Очевидно, что в ходе онтогенеза все сложные биологические системы, т. е. организмы, образуются таким образом, что их эволюция уже определяется конечным квазиаттрактором1 - мортальным аттрактором, в котором организм человека обречен на гибель. Когда это наступит, каким образом - этого никто и никогда не знает (это хаос!). Смерть может наступить даже не по биологическим причинам а за счет ВУВ (катастрофа самолета, например) и она наступает в любой момент, независимо от индивидуума. Внешние условия могут создать ситуацию, которая несовместима с жизнью. Aналогично гибнут и империи, страны, народы. Никто не мог предвидеть, что CШA сделают в 80-х годах устойчиво цену на нефть в районе 14-1б долларов за баррель и наступила «смерть» СССР. Эти условия оказались несовместимыми с «жизнью» СССР, а момент такого события оказался чисто хаотическим (для нас, но не для CШA). В этом смысле Мануэль Кастелс [1б] лукавит в своих трех монографиях, утверждая, что крах СССР был для всех неожиданным. Он прогнозировался и ожидался!
Попутно отметим, что если бы СССР избавился от «нефтяной иглы» и перешел на инновационный путь развития, то вполне возможно, что мы бы продолжали жить в СССР. Xотя могли бы возникнуть и другие смертельные ВУВ. Это все хаос на макроуровне (для государства), а на микроуровне люди умирают совершенно хаотически и непредсказуемо. Микро- и макрохаос на уровне государства все-таки управляем в определенном смысле. Необходимо задавать необходимые ВУВ для всей страны и для отдельного человека (микроуровень). Динамика поведения отдельного элемента - человека (в отличие от молекул) все-таки частично управляема. На уровне государства - тоже, если у руля стоят разумные люди - ученые. В этом смысле ситуация в РФ нас очень беспокоит, т.к. уже 12 лет мы говорим о необходимости ухода от сырьевой экономики и перехода на инновационный путь развития, но, кроме разговоров, больше ничего нет. РФ, как и СССР, не конкурент для Европы и CШA в области интеллекта и новых технологий и даже наоборот - мы сейчас на иждивении у этих стран в области инноваций.
Все это законы развития систем третьего типа (в том числе и живых систем). Однако, кроме уже указанных четырех свойств - признаков complexity имеется и пятое, идущее полностью в противоречие с традиционным ДСП. Это свойство выхода параметров ВСС в ФПС далеко за пределы не только трех сигм (что в стохастике уже игнорируется, отбрасывается из рассмотрения), но и за пределы 10-ти сигм, 20-ти сигм и более. Эта ситуация популярно описана в книге Насима Талеба «Черный лебедь.» [20], но мы уже это давно учитываем в ТXC как явление, влияющее на размеры квазиаттрактора.
Второй тезис: «хаос порождаемый стохастическими средствами», который был представлен цитатой В.В. Смолянинова в предыдущем (2) параграфе. Этот тезис требует ответа на вопрос: «чем отличается хаос детерминистских систем от хаоса стохастических систем?». Сразу подчеркнем, что в разделе «б. Жизнь -это компьютерная программа» В. В. Смолянинов особым образом выделяет жизнь, живые системы (в нашей трактовке системы 3го типа) как системы, удовлетворяющие трем законам биологии. Напомним кратко формулировку этих законов [9]. Первый закон биологии: «закрытые системы нежизнеспособны»; второй закон биологии: «. несвободные системы не могут жить и развиваться», третий закон биологии: «прогрессивная эволюция биосистем осуществляется посредством увеличения числа свобод и задач
1 Квазиаттрактор - как бы аттрактор (цель, куда движется система), часть пространства аттрактора, доступная для изучения.
биоуправления». К требованиям открытости, свобод и их увеличения В.В.Смоляниновым в [10] добавляется ряд постулатов: постулат витализма: «высокая организация живых тел не может формироваться спонтанно, без «живых сил», без целевым образом организованного управления», постулат физикализма: «только высокоорганизованные сложные и открытые системы могут быть живыми», постулат кибернетизма: «системы, не обладающие управлением, не могут быть живыми».
Легко показать, что перечисленные три закона биологии и три постулата (витализма, физикализма и кибернетизма) полностью вписываются в пять базовых свойств систем третьего типа (complexity, сложных биосистем), которые составляют основу третьей парадигмы и ТХС. Но они входят в ТХС в виде блока или части, т.к. ТХС по числу и свойствам типов БДС гораздо шире и принципиально отличается от любой ДСП-теории и ДСП в целом. Рассмотрим этот тезис более подробно. Сразу отметим, что при этом мы не противопоставляем утверждения В.В. Смолянинова самой ТХС, а только продемонстрируем, что этих трех законов биологии и 3-х постулатов будет недостаточно для определения реальных (а не модельных) живых систем и жизни вообще. Более того, мы утверждаем, что противопоставлять организацию и дезорганизацию (хаос) для живых систем не имеет смысла, т.к. в БДС имеется и непрерывный хаос (движение ВСС в ФПС в пределах квазиаттрактора в виде мерцания) и постоянное управление и организация (в виде удержания ВСС в квазиаттракторе и телеологически обусловленного движения БДС к конечному состоянию). Более того, мы утверждаем, что имеются различия между детерминистским и стохастическим хаосом и, тем более, между этими ДСП-хаосами и ТХС-хаосом. Последний в БДС распадается на два своих особых вида хаоса: микрохаоти-ческое движение в пределах квазиаттрактора и макрохаотиче-ское движение самого квазиаттрактора в ФПС к финальному состоянию (для каждого человека это конечное состояние - хаотическая иллюзия телеологичности). Частично эти утверждения уже обсуждены в начале статьи, но проблема эта принципиальная и более глобальная.
Итак, три закона биологии В.В. Смолянинова и, в частности, первый закон, фактически являются следствиями термодинамики неравновесных систем И.Р. Пригожина [19] и все это в целом действительно представляет базовый закон биосистем -они должны быть открытыми системами. Эта открытость обеспечивает им уход от термодинамического равновесия далеко в область низких энтропий и высокой упорядоченности (у человека -это еще и накопление информации). Гомеостаз любого организма требует ухода от термодинамического равновесия, уменьшения энтропии БДС и накопления информации (последнее автоматически ведет к увеличению числа степеней свободы). Это - основы термодинамики живых систем, и это уже сравнительно давно является общепринятым утверждением, которое уводит биосистемы далеко от физических систем и от рассмотрения биосистем с позиций классической термодинамики (чисто физической). Попытки сделать термодинамику живых систем в рамках физики пока особых результатов не дали, и мы уверены, что это не имеет перспектив и в будущем из-за пяти особых свойств БДС-complexity (они не согласуются со всей физикой и термодинамикой в частности).
Второй закон биологии о необходимости свободы для жизни и развития относится не только к биосистемам, но он справедлив и для всех систем третьего типа. Например, в третьей парадигме доказывается, что развитие всех социальных систем в рамках закона фрактального перехода «детерминизм-стохастика-хаос (самоорганизация)» происходит в направлении уменьшения зависимости от иерархов и увеличения числа свобод. Поясним этот тезис. В детерминистском (авторитарном, традиционалистском) обществе полной (условно!) свободой обладает только иерарх (царь, генсек ЦК КПСС, феодал.). Этот человек определяет не только свои действия, но и влияет своей волей на все нижележащие страты (получается система в виде треугольника^^ . И. Сталин был свободен в выборе жизни или смерти миллионов человек, т.е. его абсолютная свобода - абсолютная свобода тирана. В стохастическом (технологическом) обществе, на который претендовали и СССР, и США, правящий класс (страт) обладает относительной свободой в выборе траектории развития общества (но она уже ограничена). Такое общество можно представить в виде трапеции ^ и такой тип общества мы сейчас
имеем в США и странах западной демократии. Однако, в идеале, мы должны перейти к полной свободе от иерархов или каких-либо стратов для каждого члена будущего знаниевого, синергетического, постиндустриального общества (ЗСПО), представляемого перевернутой пирамидой v. В основании (в виде точки) этой пирамиды - любой и каждый член ЗСПО, живущий по принципу И. Канта: «Поступай так, чтобы максима твоей воли во всякое время могла бы иметь также и силу принципа всеобщего законодательства».
Переходы от детерминизма к стохастике, хаосу самоорганизации ведут к увеличению числа свобод и числа задач управления (в ЗСПО управлять обществом будут все его члены и у каждого будет своя задача, а в стохастическом обществе - только определенные страты). Таким образом, второй и третий законы биологии относятся не только к биосистемам, но и к любым complexity - системам третьего типа, являющимися объектом третьей парадигмы и ТХС.
Живые и развивающиеся системы (как и все системы третьего типа) должны быть свободными и число этих свобод должно нарастать по мере их развития и эволюции в целом (это касается не только социумов, но и каждого человека на нашей Планете). Жизнь каждого человека также сопровождается увеличением числа свобод и задач управления. Например, в детстве наши свободы весьма ограничены, динамика нашего детского поведения имеет очень малую дисперсию, моду и медиану, которые имеют и социальное значение. В школе и вузе мы живем в стохастических условиях, т.к. у нас имеется мода и медиана нашего поведения, но мы, обычно, делаем флуктуации, появляется существенная дисперсия в поведении. Студент - стохастическая система по поведению. Наконец, в третьей стадии нашей жизни -в зрелом возрасте - мы имеем общий хаос и не только в выборе места жительства, работы, друзей, но и страны, образа жизни, длительности жизни. В этом смысле переход СССР^РФ - это тоже увеличение свобод (материальных, моральных, социальных). Однако, назвать этот переход «прогрессивной эволюцией» совершенно невозможно. Пока это - регресс нашей страны именно из-за первого (и самого главного!) компонента в определении ЗСПО - мы теряем знаниевый компонент. Качество нашей науки, наших ученых, образованности населения в целом снижается, а не увеличивается. А переход в ЗСПО, кроме открытости, и свободы и задач управления (три закона биологии В.В. Смолянино-ва) требует еще и усиления знаниевого компонента в обществе, усиления интеллекта в социуме. У нас же снижается число читателей книг, число ученых-криэйторов и просто создающих новые знания, а общий социальный интерес к науке за 20 лет «перестройки» мы снизили до минимума.
В целом, при эволюции систем третьего типа число свобод и видов траекторий движения увеличивается вплоть до хаоса (не известен конечный квазиаттрактор). Однако, при этом должно нарастать и число управляющих воздействий (желательно за счёт самоорганизации), должно нарастать число задач управления. В ЗСПО каждый должен управлять собой и государством, т.к. такое общество должно стать организмом отдельного человека, в котором каждая клетка участвует в обеспечении гомеостаза. Именно об этом говорил и П.К. Анохин (для функциональных систем организма), и В.Н. Вернадский (для ноосферы); являющейся не просто «сферой разума», а самоорганизующимся организмом из людей, стран и биосферы в целом. Усиление хаоса в ТХС требует и усиления самоорганизации, а последнее может уменьшать параметры хаоса (как целевое удержание, т.е. прицеливание, при треморе). Таковы законы биологии в отношении хаоса и порядка.
Литература
1. Еськов, В.М. Введение в компартментную теорию респираторных нейронных сетей / В.М. Еськов.- М.: Наука, 1994.167 с.
2. Еськов, В.М. Компьютерная идентификация респираторных нейронных сетей / В.М. Еськов, О.Е. Филатова.- Пущино.: изд-во Пущинского научного центра РАН, 1994.- 92 с.
3. Еськов, ВМ. Третья парадигма / В.М. Еськов.- Самара.: Изд-во «Офорт».- 2011.- 249 c.
4. Еськов, В.М. Синергетика как третья парадигма, или понятие парадигмы в философии и науке / В.М. Еськов, В.В. Есь-ков, В.А. Карпин, М. А. Филатов // Философия науки.- 2011.-№4.- С. 88-97.
5. Еськов. В.М. Образовательный процесс России в аспекте синергетики и перехода в постиндустриальное общество /
B.М. Еськов.- Самара: Изд-во «Офорт», 2008.- 299 с.
6. Карпин, В.А. Философские основания теории патологии: проблема причинности в медицины / В.А.Карпин, В.М.Еськов, М.А.Филатов, О.Е. Филатова // Философия науки.- 2012.- №1.-
C.118-128.
7. Еськов, В.М. Новые биоинформационные подходы в развитии медицины с позиций третьей парадигмы (персонифицированная медицина - реализация законов третьей парадигмы в медицине) / В.М.Еськов, А.А.Хадарцев, Л.И. Каменев // Вестник новых медицинских технологий.- 2012.- № 3.- С. 25-28.
8. Кузнецов, В.Ю. Преодоление метафизики как проблема философии / В.Ю. Кузнецов // Вопросы философии.- 2012.-№1.- С. 28-37.
9. Наука в современном российском обществе.- М.: Изд-во «Институт психологии РАН».- 2010.- 335 с.
10. Смолянинов, В.В. Об истоках некоторых спорных биофизических концепций (что такое жизнь с разных точек зрения) / В.В. Смолянинов // Биофизика.- 2010.- Т. 55.- вып. 3.- С. 563-576.
11. Степин, В.С. Исторические типы научной рациональности в их отношении к проблеме сложности Синергетическая парадигма. Синергетика инновационной сложности/ В.С. Степин.- М.: Прогресс-Традиция.- 2011.- С. 36-46.
12. Хакен, Г. Принципы работы головного мозга: Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности / Г.Хакен.- М.: ПЕР СЭ, 2001.- 351 с.
13. Хижняк, Е.П. Анализ термоструктур биологических систем методом матричной инфракрасной термографии: Авто-реф. дис. . д. физ-мат. н. / Е.П. Хижняк.- Пущино, 2009.- 26 с.
14. Eskov, V. M. Characteristic features of measurements and modeling for biosystems in phase space of states / V.M.Eskov, V.V.Eskov, O. E. Filatova // Measurement Techniques.- 2011.-Vol. 53.- No. 12.- P.1404-1410.
15. Eskov, V. M. Determination of the degree of synergism of the human cardiorespiratory system under conditions of physical effort / V. M.Eskov, V. V.Eskov, M. Ya.Braginskii, A. S. Pashnin // Measurement Techniques.- 2011.- Vol. 54.- №7.- P. 832-837.
16. Castells, M. The Information Age: Economy, Society and Culture. Cambridge, MA; Oxford, UK: Blackwell / M.Castells.-1996.-Vol. I.- 432 p.
17. Gell-Marn, M. Fundamental Sources of Unpredictability / M. Gell-Mann // Complexity.- 1997.- Vol. 3.- №1.- P.13-9.
18. Horgaп, J. The End Of Science: Facing The Limits Of Knowledge In The Twilight Of The Scientific Age. New York: Broadway Books / J. Horgan.- 1996.- 322 p.
19. Prigogirn, I.R. The Die Is Not Cast / I.R. Prigogine // Futures. Bulletin of the World Futures Studies Federation.- 2000.-Vol. 25.- No.4.- P. 17-19.
20. Taleb, N. The black swan: the impact of the highly improbable / N. Taleb // Random House. New York.- 2007.- 401 p.
21. Weaver, W. Science and Complexity / W.Weaver // American Scientist. New York City.- 1948.- Vol.36.- P.536-544.
УДК б14.89:537.8б8.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СИНЕРГЕТИЧЕСКИХ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕРАПИИ
Ю.А. ЛУЦЕНКО*, С. А. ЯШИН**
* Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева, ул. Дружбы, д. 8, г. Новомосковск Медицинский институт, Тульский государственный университет, ул.Болдина, 128, г. Тула
Аннотация: исследованы синергетические принципы в приложении к моделированию и проектированию биотехнических систем, используемых для высокоэффективной физиотерапии с рабочим агентом в виде низкоинтенсивных электромагнитных полей.
Ключевые слова: электромагнитное поле, физиотерапия, синергетика, биотехническая система, функциональная оптимизация, самоорганизация.
THE IMPORTANT PRINCIPLES OF THE ORGANIZATION OF SYNERGETIC BIOTECHNICAL SYSTEMS
OF ELECTROMAGNETIC THERAPY
Yu.A. LUTSENKO, S.A. YASHIN
*Novomoskovsk Institute RCTU. DIMendeleev Medical Institute, Tula State University
Abstract: the synergetic principles of modeling and planning of biotechnical systems using for high effective physiotherapy with agent as low intensive electromagnetic fields were presented in this paper.
Keywords: electromagnetic field, physiotherapy, synergetics, biotechnical system, functional optimization, self-organization
Под электромагнитной физиотерапией понимают процедуры, включающие в себя КВЧ- терапию, магнитотерапию, включая вихревую, лазеротерапию. Эту группу терапевтических процедур объединяет тот фактор, что эндогенными агентами воздействия на организм являются низкоинтенсивные электромагнитные поля (ЭМП).
Используемые в терапии поля по своим характеристикам (частота, мощность, поляризация, киральность и пр.) отличаются от природных ЭМП, в процессе эволюции ставших имманентными процессам жизнедеятельности. Поэтому с осознанием этого факта в последние десять лет внимание разработчиков соответствующих процедур и обеспечивающей их аппаратуры привлечено не только к достижению терапевтического эффекта, но во многом к минимизации патогенных воздействий: Max[Ter] >> min[Pat] (1)
Однако неравенство (1) является лишь желательным условием, но не строгим законом. Последний - в самой общей форме
- имеет вид: F=opt{max[Ter]; min[Pat]} (2), где opt - оператор функциональной оптимизации, а F - регулирующая функция, в данном случае - общесистемный закон распределения.
Известен такой закон, согласно которому в любой сложной, целостной и устойчивой системе все возможные варианты оптимизации opt подчиняются гиперболическому ранговому распределению, то есть закон F (2.) действенен в функциональном пространстве геометрии Лобачевского (гиперболической геометрии). Заметим, что такой закон в зависимости от конкретной области применения - имеет различные названия, например, в экономике
- закон Парето и т.п. Геометрическая иллюстрация закона F (2.) такова: площадь под гиперболой динамически изменяется при стабильности формы гиперболы.
Поскольку живые организмы относятся к указанным системам, то справедливо утверждение, что процесс оптимизации биотехнической системы электромагнитной терапии подчиняется общесистемному гиперболическому ранговому распределению (2), что позволяет, в принципе, минимизировать min[Pat] патологические сопутствующие эффекты.
Из этого утверждения следует, что минимизация min[Pat] пропорциональна уменьшению интенсивности воздействующего на организм ЭМП и приближению его характеристик (мощность, частота, частота модуляции, киральность, поляризация) к характеристикам
