CC BY
60
ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ГЛОБАЛЬНОМ ЭВОЛЮЦИОНИЗМЕ И СИНЕРГЕТИКЕ В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ КУРСА «ИСТОРИЯ И ФИЛОСОФИЯ НАУКИ»
В. В. Мине ев
Синергетика, философия науки, неравновесность, нелинейность, неоперативность, хаос, диссипативном структура, фаловый переход, бифуркация, аттрактор, фрактал, обратная связь, энтропия.
Ни физики, ни философы не пришли к согласию по вопросу о том. насколько важную роль играют в современной науке понятия «синергетика», «самоорганизация», «странный аттрактор». Но факт остается фактом: формирование представлений о синергетике и глобальном эволюционизме стало одной из приоритетных задач, обозначенных в программе курса «История и философия науки» (Программа кандидатских экзаменов ... 2004]. Количество просветительских статей и изданий учебно-методического характера, авторы которых более или менее обстоятельно растолковывают преподавателю смысл этих понятий, не поддается счету [Черникова 2001: Философия ... 2005]. И всё же по-настоящему удачных методических решений пока не предложено. Задача трудная (может бьггь. даже поставленная не совсем правильно): суметь адекватно разъяснить аспиранту-гуманитарию категории высокоматематизированной дисциплины, каковой является синергетика. С другой стороны, аспиранта-физика предполагается убедить в том, что к концу XX в. его наука стала какой-то совершенно не такой, чем за пятьдесят лет до того, что она приобрела «человеческий» аспект (таков один из тезисов, выражающих трудноуловимую сущность глобального эволюционизма). Не претендуя на решение этой задачи, можем лишь поделиться опытом работы с новым для нас материалом.
Трехгодичный опыт преподавания курса подсказал следующий порядок развертывания понятий темы: сопоставление особенностей классического, неклассического и постнеклассического периодов в эволюции науки Нового времени -краткий экскурс в историю теории относительности и квантовой механики - обстоятельный (и обязательный!) экскурс в область термодинамики — знакомство с понятиями синергетики - обобщение представлений об энтропии и об информации - знакомство с главными идеями концепции глобального эволюционизма -рассмотрение концепции информационного общества с дальнейшим переходом к социально-философской проблематике. Остановимся на перечисленных «дидактических единицах» чуть подробнее.
Трансформация классических форм в неклассические происходила на рубеже
XIX XX вв. во всех сферах культуры, во всех областях научного познания. Процесс этот протекал неравномерно (он не закончился даже сегодня). Трудно сказать, кто внес в него наибольший вклад: физики, биологи, художники или фи-
лософы. Однако ключевое положение (не главное, а именно ключевое, узловое) в неклассической парадигме науки занимают теория относительности и неразрывно с ней связанная квантовая механика. Подобно тому как классическая механика составила фундамент естествознания и обществоведения XVII XIX вв., теория относительности образовала ядро чрезвычайно разросшейся системы научных знаний в XX в., послужила неким связующим звеном, всеобщим методологическим и мировоззренческим ориентиром для людей самых разных профессий и убеждений. Теория относительности - зто физическая теория, рассматривающая пространственно-временные закономерности, универсальные метрические свойства пространства-времени. А ведь любой процесс протекает только в пространстве и во времени. Именно фиксация пространственных и временных совпадений лежит в основе отождествления или различения событий, в основе всякого наблюдения и эксперимента. Квантовая, или волновая, механика - физическая теория (область физики), изучающая взаимодействие (движение, свойства) микрочастиц, а также описывающая взаимозависимости между событиями микромира и состоянием макросистемы, сложилась в результате распространения принципа корпускулярно-волновой двойственности, первоначально установленной для фотона, на любые объекты микромира. Поскольку свойства макроскопических тел определяются взаимодействием микрочастиц, квантовая механика составляет фундамент современных научных и философских представлений о веществе и о поле. Принципы квантовой механики позволяют объяснить зависимость свойств веществ от их атомарного строения.
Воздействие квантово-механических воззрений на философскую онтологию и гносеологию было решающим: физики (а вслед за ними все остальные) отказались от жесткого детерминизма и от примитивно-материалистической веры в то, что истинное знание есть точная копия не зависящей от нас «реальности», отступили от требования наглядности физической теории и признали возможность сосуществования нескольких не сводимых одно к другому описаний объекта. Что касается философского (мировоззренческого и методологического) значения теории относительности, то оно заключается в следующем. Во-первых, было продемонстрировано внутреннее единство пространства и времени. Во-вторых, была раскрыта зависимость пространственно-временного континуума от распределения гравитационных масс и, таким образом, конкретизирована философская идея о том, что пространство и время выражают определенные отношения между объектами, а не являются самостоятельными «сущностями». В-третьих, теория относительности стала логическим завершением разнообразных научных поисков XIX в.: а) получило объяснение совпадение гравитационной и инертной масс; б) обрела физический смысл неевклидова геометрия: в) были преодолены трудности, с которыми столкнулась классическая электродинамика и т. д. В-четвертых, теория относительности стимулировала развитие комплекса новых научных теорий. В-пятых, ушла в прошлое механистическая, наивно-материалистическая картина мира. Эйнштейн творил о влиянии, оказанном на него учениями Юма, Канта, Маха; раскрепощению мышления Бора способствовала философия Кьеркегора, направленная против классических форм материализма и идеализма; в мировоззрении Гейзенберга идеи Платона плодотворно взаимодействовали с позитивистскими установками. В-шестых, в теории отно-
сительности и в квантовой механике математизация знания достигла качественно нового уровня. Развертывание математического аппарата естественнонаучной теории стало опережать ее собственно физическую интерпретацию. Физическая (вообще вербальная) интерпретация полученных математических соотношений превращается в главную методологическую проблему.
Что касается философского значения современных естественнонаучных идей, то оно гораздо серьезнее, чем значение теории относительности и квантовой механики. Квантово-механическая модель, акцентировавшая неизменность законов природы и обратимость физических процессов, отвечала скорее царству искусственных механизмов, чем особенностям реальной вселенной. В первой половине XX в. необратимые процессы (например, старение) изучались биологами, но не физиками. Но мнению Ильи Пригожина, именно «переоткрытие времени», связанное с осознанием важности факта термодинамической необратимости (а значит, зависимости от стрелы времени), знаменует начало новой эпохи в естествознании. Вселенная имеет возраст.
Итак, в постнеклассической науке методологической основой междисциплинарного обобщения знаний и. соответственно, теоретическим каркасом обновленной картины мира становится концепция глобального эволюционизма. Возникла она, во-первых, в результате синтеза системною и эволюционного подходов; во-вторых, вследствие сближения естественных и социально-гуманитарных наук; в-третьих, благодаря взаимодействию конкретно-научных теорий с философско-мировоззренческими учениями; в-четвертых, в силу необходимости глубже и конкретнее оценить положение человека в биосфере, в связи с экологизацией науки (и культуры в целом).
Глобальный эволюционизм - мировоззренческий и методологический принцип. а также общенаучная концепция, в рамках которой обобщаются биологические, геологические, физико-космологические и иные знания о механизмах зволюции, а весь мир рассматривается как единая самоорганизующаяся целостность. При этом человек и общество рассматриваются в качестве не только продукта, но и действующего фактора космического процесса - процесса коэволюции систем. Принципом глобального эволюционизма руководствуются Владимир Иванович Вернадский. Пьер Тейяр де Шарден. Эрих Янч, Никита Николаевич Моисеев. А. Лима де Фариа и множество других выдающихся ученых XX в.
Поскольку природное бытие человека включает познавательную и практическую деятельность, то только глобальный эволюционизм открывает путь к пониманию единства природы и истории, к характерному для постнеклассической науки включению самого человека с его целями и ценностями, с его экологическими и нравственными императивами в структуру объекта познания.
Было бы заблуждением думать, будто классическая, неклассическая и пос-тнеклассическая парадигмы выстраиваются в статичную последовательность. Научная традиция представляет собой неравномерно развивающуюся динамическую систему. Сначала вперед вырываются одни области знания, затем их обгоняют другие: более или менее постоянный набор концепций время от времени меняет свою конфигурацию. Так, предпосылки теории относительности и квантовой механики - статистическая физика, теория поля, неевклидова геометрия - кристаллизовались еще в недрах классической науки. В свою очередь.
системный подход, эволюционизм, антропоцентризм, технократизм присутствовали в европейской научно-философской мысли, по крайней мере, начиная с эпохи Ренессанса. На протяжении столетий процесс формирования элементов будущей иостнеклассической парадигмы протекал весьма интенсивно, но к середине XX в. стал настолько мощным, что перекрыл, поглотил креативные процессы. развертывавшиеся вокруг теории относительности и квантовой механики, что и выразилось в наступлении нового этапа в истории науки.
В основу динамической модели истории науки автор статьи положил бы принцип развития системы знаний путем взрывного изменения содержания, строения и функции одного из се элементов с последующим преобразованием системы. В эпоху Ренессанса механика была одной из областей физико-космологических знаний (включавших также учения о свете, о магнетизме, о времени), а физико-космологические знания являлись частью еще более широкой совокупности организмических. натурфилософских представлений о мире. Затем механика раздалась вширь и ввысь и заключила в свои пределы остальные науки. В
XX в. физико-космологическое знание (принявшее форму релятивистских и квантовых теорий) взорвало изнутри границы классической механики и вновь ее поглотило. Тем временем организмическая концепция переросла рамки классической и неклассической парадигм и сегодня близка к тому, чтобы вновь охватить всю совокупность знаний о мире и человеке. Охватить и биологию, и космологию, и историю, трансформирующуюся сегодня из летописи пресловутой «классовой» борьбы в исследование роли реальных сообществ Homo sapiens в эволюции биосферы.
В XX в. в связи с существенным усложнением объекта познания (микромир, мегамнр. организм, язык, социум, экономика, биосфера, техносфера) складывается новое научное направление - общая теория систем (ОТС). изучающая свойства систем независимо от их вида и природы. Основоположником ОТС считается австрийско-канадский биолог Людвиг фон Берталанфи (1901 1972). В 1930-е гг. он успешно применил к исследованию биологических систем - систем открытых и неравновесных - формальный аппарат термодинамики и физической химии. Работы Берталанфи оказали обратное воздействие на судьбу термодинамики, на физику, обусловив становление постиеклассической парадигмы в естествознании. Термодинамика — раздел физики, в котором изучаются общие свойства термодинамических систем, термодинамические процессы. За термодинамическую систему принимается совокупность тел, которые могут обмениваться между собой и с окружающей средой веществом и энергией. Поскольку система состоит из огромного числа элементов (атомов, молекул), ей присущи макроскопические параметры - температура, давление, объем, концентрация, а реже - и некоторые другие (например, магнитная индукция). С течением времени в изолированной системе прекращаются все необратимые процессы, связанные с рассеянием энергии (диффузия, теплопроводность, химические реакции), и параметры перестают изменяться. В таком случае говорят, что система находится в состоянии термодинамического равновесия. Эмпирически установленные закономерности поведения термодинамических систем получили название «начал термодинамики». Согласно первому началу, невозможно совершить работу, не черпая энергию из какого-либо внутреннего или внешнего источника. Иными
словами, энергия всегда сохраняется, хотя существуют два способа ее передачи: теплота и работа. Нагревая систему, мы побуждаем ее структурные элементы двигаться неупорядоченно (хаотично), а. совершая над ней работу, принуждаем их двигаться упорядоченно. Сталкиваясь с частицами системы, частицы среды вовлекают их в согласованное или, наоборот, в несогласованное (тепловое) движение. Согласно второму началу термодинамики, в замкнутой системе энтропия (мера необратимого рассеяния энергии) либо возрастает, либо остается неизменной. Действительно, макроскопические процессы самопроизвольно протекают только в одном направлении. Теплота не переходит сама по себе от холодного тела к нагретому. Закон возрастания энтропии выражает тенденцию к переходу системы от менее вероятного состояния к более вероятному. Равновесие -самое вероятное состояние.
В отличие от первого начала второе начало термодинамики допускает отступления. В небольших зонах системы, содержащих незначительное число элементов, непрерывно возникают флуктуации. Флуктуации - случайные отклонения физических величин от средних значений. Примерами флуктуационных процессов, сопровождающихся локальным уменьшением энтропии, служат броуновское движение, радиошумы, колебания температуры и давления околосредних значений... Согласно гипотезе Больцмана, выдвинутой им в 1872 г. и устаревшей только в деталях, вся наша вселенная может оказаться гигантской флуктуацией. зоной упорядоченности, спонтанно возникшей в мировой бесконечности. Изучение феномена самопроизвольного перехода из равновесного состояния в неравновесное (от хаоса к порядку) чрезвычайно важно для понимания процессов самоорганизации.
Неравновесным называют состояние системы, выведенной из равновесия. В ней сразу же начинаются необратимые (они же неравновесные) процессы, стремящиеся вернуть ее в состояние равновесия, то есть устранить любые различия между ее частями. Наблюдается направленный перенос вещества, теплоты, импульса, сопровождающийся повышением энтропии. Однако подвод энергии или вещества извне и. соответственно, отвод энтропии может воспрепятствовать долгожданному возвращению в состояние равновесия. Тогда-то и возникает стационарное неравновесное состояние, которое не изменяется с течением времени. Если классическая термодинамика описывала равновесные процессы, а для неравновесных лишь устанавливала возможное направление, то в XX в. неравновесная термодинамика захватила лидерство. В тесном контакте с ной и развивалась синергетика.
Синергетика (от греч. .чупегцеНкой - согласованно действующий) - междисциплинарная область научных исследований, направленных на познание общих закономерностей самоорганизации в неживой и в живой природе. Точнее, предметом синергетики являются процессы образования, поддержания и разрушения структур в неравновесных системах любой природы, процессы возникновения порядка из беспорядка: образование ячеек в подогреваемой жидкости (гидродинамика), синхронизация мод в лазерном генераторе посредством внешних периодических воздействий (физика), автоколебательные реакции (химия), рождение спиральных галактик (космология), организация сообществ (экология)... Синергетика, родоначальниками которой считаются немецкий физик
Герман Хакен и бельгийский физико-химик Илья Романович Пригожин. сложилась в 1970-е гг. и сразу же стала составляющей концепции глобального эволюционизма. Важную роль в истории науки о самоорганизации сыграли отечественные ученые: Б.П. Белоусов, открывший в 1951 г. автоколебательную химическую реакцию, и А.М. Жаботинекий, обобщивший полученные Белоусовым результаты; М.Е. Жуковский и С.А. Чаплыгин, на заре XX в. попытавшиеся проникнуть в тайну турбулентности; A.A. Андронов, Р.В. Хохлов, С.А. Ахманов. занимавшиеся автоволновыми процессами (термин «автоколебания» Андронов ввел еще в 1928 г.): наконец, несколько поколений российских математиков, начиная с Л. Эйлера и А.М. Ляпунова, разработавших необходимый формальный аппарат.
Термин «синергетика» вошел в употребление в Германии и в России. Во франкоязычных странах прижилось название «теория диссипативных структур». в США - «теория динамического хаоса». Встречаются и другие наименования: «эволюционная термодинамика», «науки о сложном». Некоторые специалисты вообще отрицают особый дисциплинарный статус синергетики и относят ее предмет преимущественно к ведению таких разделов математического знания. как теория катастроф, теория бифуркаций, теория игр. теория автоколебаний.
Любым процессам самоорганизации (и. соответственно, самоорганизующимся системам) присущи несколько черт: неравновесность. нелинейность, важная роль флуктуаций в связи с пороговым характером, кооперативность. конкурентность, пространственно-временная корреляция (пространственный и временной синхронизм). II, конечно же, речь идет о системах открытых и макроскопических. К центральным категориям синергетики «относятся также хаос, диссипативная структура, фазовый переход, бифуркация, аттрактор, фрактал, обратная связь, энтропия. Остановимся на этих понятиях чуть-чуть подробнее.
Обычно самоорганизацию сравнивают с фазовым переходом, под которым понимается скачкообразное изменение свойств системы при непрерывном. плавном изменении внешних условий (вспомним переход вещества из одной фазы в другую, внезапное замерзание воды при понижении температуры). При достижении точки перехода мириады беспорядочно снующих элементов макросистемы вдруг начинают действовать согласованно, кооперативно (коллективно, когерентно): атомы лазера испускают когерентное излучение, молекулы формируют кристаллическую решетку, в подогреваемой жидкости .устанавливаются конвекционные токи, волновые функции всех частиц синхронизируются, птицы выстраиваются правильным треугольником... Система приобретает новое качество (лазерный луч). При этом на макроскопическом уровне наблюдается появление диссипативной структуры, то есть некоторой упорядоченности, свидетельствующей об установлении стационарного неравновесного состояния (ячейки в подогреваемой жидкости). Такая структура поддерживается за счет непрерывного обмена энергией и веществом с окружающей средой, а диссипативной называется потому, что энергия упорядоченного движения постепенно рассеивается, переходит в энергию движения теплового.
Процессы самоорганизации относятся к нелинейным, не могут бьггь описаны линейными уравнениями. Все реальные физические системы, конечно, нели-
нейны; линейная система - это теоретическая идеализация, упрощенная модель. Но степень нелинейности может быть различной. Самоорганизация несовместима ни со слишком высокими показателями нелинейности, ни со слишком низкими. Нелинейность связана с присутствием флуктуаций и с наличием порога чувствительности к ним. Устойчивой системе удается гасить вспышки флуктуаций, всякий раз восстанавливать утраченное равновесие (говорят также. что система находится в устойчивом состоянии). Напротив, в неустойчивой системе (или в неустойчивом состоянии) небольшие отклонения спонтанно усиливаются до крупномасштабных возмущений, в результате чего она эволюционирует в качественно иное состояние. Линейная система колеблется вблизи некоторого устойчивого, стационарного состояния, а вот нелинейная имеет состояния устойчивые и неустойчивые, движется по сложной траектории от одной фазы к другой. Потеря устойчивости наблюдается вблизи точек бифуркации, в которых скачком изменяется режим процесса, система как бы выбирает путь, по которому двинется дальше.
Точка, притягивающая к себе фазовую траекторию и соответствующая состоянию равновесия системы, называется аттрактором. Представим себе колонну, потерявшую устойчивость. Колонна раскачивается вокруг одного центра притяжения, затем как бы перепрыгивает к другому центру и т. д. Множество всех таких центров-точек образует один аттрактор. Он может иметь форму крута, тора или эллипса, в случае же беспорядочного движения приобретает очень сложное строение и именуется странным. Странный аттрактор - область фазового пространства. заполненная запутанными, хаотическими траекториями, - обладает свойством фрактальности, или самоподобия. Фракталом называется объект, малый фрагмент которого воспроизводит структуру объекта в целом. Начертим прямую. При увеличении изображения линия окажется неровной. Возьмем на ней «прямой» отрезок между двумя ближайшими точками и вновь увеличим изображение. Ситуация повторится: мы увидим изгибы, шероховатости, разного рода нерегулярности. Фрактальное строение демонстрируют причудливо ветвящиеся кораллы, клеточные популяции, облака и спиральные галактики, коллоиды и кристаллические решетки, траектория броуновской частицы... Строго говоря. идеальные прямые и окружности природе не свойственны. Фрактальность структур отражает хаотический характер реальных процессов.
Под хаосом в синергетике понимается не беспорядок, а сверхсложная упорядоченность, которая существует неявно, потенциально и может проявиться во множестве разнообразных структур. Вспомним явление турбулентности. В потоке жидкости или газа образуются вихри различных размеров, в результате чего динамические характеристики течения (скорость, температура и т. д.) испытывают флуктуации. Однако турбулентное течение обладает более сложной организацией, чем ламинарное (когда жидкость перемещается ровными слоями параллельно направлению тока), и представляет собой пример динамического, или детерминированного, хаоса. Детерминированным он называется потому, что переходы из одного режима течения в другой подчиняются определенным, хотя и чрезвычайно тонким закономерностям. Хаос - источник неопределенности. случайных событий (флуктуаций), а случайности, в свою очередь, источник порядка.
Морой хаоса служит энтропия, а мерой упорядоченности, более того, мерой усложнения системы в процессе развития - информация (негэнтропия). Так. при переходе вещества из газообразного состояния в твердое уменьшается энтропия системы и в то же время увеличивается количество информации о расположении молекул. В структуре живого организма запечатлено несравненно больше информации, чем в структуре металлической решетки.
Сложилось несколько основных философских концепций информации. Сторонники одной концепции считают информацию универсальным свойством всей природы. Это свойство связано со способностью систем воспринимать, сохранять и преобразовывать воздействия среды. Источниками, носителями, потребителями информации выступают любые материальные объекты. Сторонники другой концепции более осторожны и полагают, что информацией обладают только живые- и самоуправляющиеся системы, а поборники третьей используют категорию «информация» исключительно но отношению к человеческому сознанию (в крайнем случае, по отношению к системам, созданным и функционирующим при участии человека).
По-видимому, именно с объяснением глубинного единства термодинамической. статистической, информационной и эволюционной трактовок энтропии (и информации) связаны перспективы дальнейшего развития концепции глобального эволюционизма. Совмещение термодинамического подхода с информационным позволило бы представить универсум как единую многоуровневую, самоуправляющуюся систему, включающую в качестве необходимого элемента и человечество. В таком универсуме средствами передачи сообщений могут служить символы культуры, молекулярно-генетические коды, электромагнитные волны, а сами законы природы могут соответствовать системным программам. Доказательство гипотез такого рода составляет мировоззренческую задачу сторонников номогенеза, антропного принципа, глобально- эволюционного подхода в целом.
Библ иографи чески й с л исок
1. Программы кандидатских экзаменов «История и философия науки». - М.: Гардари-ки. 2001. - 61 с.
2. Черникопа, И.В. Философия и история науки / И.В. Черникова. - Томск: Изд-во НТЛ, 2001. - 352 с.
Философия и методология науки. - Томск: Изд-во ТГУ, 2005. - 220 с.
