CC BY
24
ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗВИТИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
© Гафиатуллин Р.А.*
Башкирский государственный университет, г. Уфа
Автор указывает на особенности синергетики, которая используя единство линейности и нелинейности, выражает в теории те аспекты материального единства мира, которые связаны с общими свойствами саморазвития сложных систем. Вселенная рассматривается как дисси-пативная система с периодически сменяемыми элементами (элементарными диссипативными системами).
Ключевые слова самоорганизация, диссипативные структуры, аттрактор, бифуркация, флуктуация, турбулентность.
Теория сложных систем стала использоваться как доказанный подход к решению проблем в естествознании, начиная с космических и квантовых систем и кончая клеточными организмами и мозгом. Модели самоорганизующихся систем применяются даже в современной инженерной науке, чтобы управлять сложными сетями и процессами. Сегодня общепризнано, что многие из наших экологических, социальных, экономических и политических проблем также являются глобальными, сложными и нелинейными по своей природе.
Сложные саморазвивающиеся системы требуют особой категориальной матрицы. Категории части и целого включают в свое содержание новые смыслы. При формировании новых уровней организации происходит перестройка прежней целостности, появление новых параметров порядка. Иначе говоря, необходимо, но недостаточно зафиксировать наличие системного качества целого, следует дополнить это понимание идеей изменения видов системной целостности по мере развития системы. В сложных саморегулирующихся системах появляется новое понимание объектов как процессов взаимодействия. Усложнение системы в ходе развития, связанное с появлением новых уровней организации, выступает как смена одного инварианта другим, как процесс перехода от одного типа саморегуляции другому. Возникает два смысла процессуальности объекта (системы): она проявляется и как саморегуляция, и как саморазвитие, как процесс перехода от прежнего типа саморегуляции к новому. Освоение саморазвивающихся систем предполагает также расширение смыслов категории «причинность». Она связывается с представлениями о превращении возможности в действительность. Целевая причинность, понятая как характеристика саморегуляции и воспроизводства системы, дополняется идеей направленности развития. При
* Соискатель кафедры Философии и истории науки, преподаватель.
этом направленность не следует толковать как фатальную предопределенность. Случайные флуктуации в фазе перестройки системы в точках бифуркации формируют странные аттракторы, которые в качестве своего рода программ-целей ведут систему к некоторому состоянию и изменяют возможности (вероятности) реализации других ее сценариев.
Среди общенаучных подходов в последние годы важное значение приобрел синергетический подход, рассматривающий процессы развития в ракурсе общенаучного понятия самоорганизации. Самоорганизация представляется как спонтанное порождение структур из беспорядка и хаоса в открытых неравновесных системах, обменивающихся с окружающей их средой веществом, энергией и информацией. С энергетических позиций эволюционные процессы в Универсуме оказываются процессами самоорганизации во Вселенной. Космическое понятие Вселенной уточняет понятие универсума и позволяет рассматривать Универсум (Вселенную) как открытую самоорганизующуюся систему. Синергетический подход позволяет предположить, что Вселенная представляет собой не закрытую (замкнутую) систему, а открытую, иначе в ней не происходили бы процессы самоорганизации. Итак, применение синергетического подхода позволяет выделить принцип открытости Вселенной и принцип возможной самоорганизации ее систем [14, с. 279].
Мы рассматриваем устойчивое развитие как закон Вселенной. Развитие как процесс изменений предполагает устойчивость, а устойчивость бытия обуславливается самим процессом изменений. Однако на практике имеет место абсолютизация процесса изменений. При этом ссылаются на известное изречение Гераклита: «Все течет, все изменяется», однако изменчивость -это только одна сторона его диалектики. Гераклит придавал большое значение идее космической гармонии как единства и согласованности противоположностей. Не следует. По Гераклиту, абсолютизировать ни изменчивость, ни устойчивость вещей: это две стороны одного и того же порядка, т.е. космической гармонии. Гармония, убеждал Гераклит, есть скрытая согласованность, или равновесие, получающееся в результате «схождения» неослабевающего «расхождения» противодействующих сил. В диалектике Гераклита устойчивость и изменчивость представлены как равновеликие измерения бытия. Но поскольку устойчивость характеризует вечное начало мира, то она более существенна, чем изменчивость явлений. «Ибо все сущее. Изменяясь, покоится», - говорил Гераклит. Методологические ориентиры, указанные Гераклитом, представляются нам перспективными в горизонте времени. Сегодня наука переходит от анализа устойчивости как состояния к осмыслению устойчивости как процесса. Это длящаяся устойчивость, или «устойчиво эволюционирующее целое», по выражению одного из основоположников синергетики С.П. Курдюмова. Это такая устойчивость, которая обеспечивается динамичностью развивающихся систем. Изменчивость таких систем является необходимым условием их сохраняемости. Только на-
ходясь в состоянии непрерывных изменений, сложные системы способны к поддержанию своей организованности [8, с. 60].
Неожиданностью для ученых стало открытие конструктивного пути выхода сложной системы из кризиса. Существование такого пути означает, что материи изначально присуща не только разрушительная тенденция развития, но также созидательная тенденция, без которой невозможно объяснить возникновение нового. И если механизм деструктивной тенденции развития заложен в стремлении систем к достижению равновесия, то самоорганизация предстает в качестве физической основы механизма созидания. Основное условие для проявления самоорганизации - поступающая извне энергия должна уверенно перекрывать протекающую в системе диссипацию энергии. Это необходимое условие для конструктивного выхода из кризиса [10, с. 166].
Формирование оснований синергетики и ее трансдисциплинарного статуса включает множество философских проблем. Они связаны с пониманием особенностей саморазвивающихся систем и методологических принципов их анализа. Прежде всего - это проблема нового смысла категорий, обеспечивающих видение и понимание саморазвивающихся систем. Саморазвивающиеся системы важно отличать от простых (механических) и от сложных саморегулирующихся систем. Каждая из них для своего освоения требует особой категориальной сетки. Это - различные понимания части и целого, вещи и процесса, взаимодействия, причинности, пространства и времени. Для малых систем достаточно полагать, что целое может быть описано свойствами частей и их взаимодействиями, что элементы вне целого и внутри его обладают одними и теми же свойствами, что вещи есть нечто первичное по отношению к взаимодействиям, которые описываются как воздействия одной вещи на другую. Причинность трактуется как жесткий лапласовский детерминизм. Пространство и время полагаются как внешнее по отношению к системе, как арена, на которой разыгрываются процессы взаимодействия вещей. Эта категориальная сетка доминировала в механике и была основой механической картины мира [12, с. 5].
Новая методология, положившая начало, по меткому выражению Э. Лас-ло, «эпохе бифуркации», создает реальную опасность увлечения синергети-ческой фразеологией и всем тем, что можно назвать феноменом философского импрессионизма [6, с. 104].
Успех в развитии междисциплинарного синтеза идей, именуемого синергетикой, закономерен и в то же время сопряжен с необходимостью критического преодоления необоснованных экстраполяций, аналогий и гипотетических проектов с использованием уже достаточно глубоко внедрившихся в онтологическое сознание синергетических понятий и принципов. Многочисленные попытки такой адаптации создают иллюзию существования некой самодостаточной, универсально действующей теории, применение которой в качестве герменевтического инструмента анализа автоматически
обеспечивает положительный результат, независимо от природы, уровня организации и глубины постижения системы. Фактически же сами по себе спекулятивная интерпретация явления с позиции самых общих представлений о синергетике не продвинет исследователя в решении проблемы ни на шаг без реального наполнения позитивным содержанием сущностных признаков этой методологии: бифуркаций, диссипативных структур, режимов обострения, аттракторов и т.д., поскольку трансдисциплинарная методология работает не абстрактно в каждой сфере она опирается на особые, специфические для этой сферы средства реализации и некоторую «критическую массу» основополагающих знаний об объекте исследования [6, с. 112].
Синергетика обеспечивает только общие рамки исследования, ментальную схему или эвристический подход к конкретному научному исследованию. Конкретные приложения синергетических моделей к сложным человеческим и социальным системам предполагают дальнейшие детальные научные исследования. Такие исследования могут быть успешно проведены только при глубоком знании соответствующей научной дисциплины или при тесном сотрудничестве со специалистами в этой дисциплинарной области. Таким образом, синергетика дает определенный подход или указывает некое направление исследований. Выражаясь в терминах психологии, она обеспечивает ученых определенной научной установкой. Остальное - дело конкретного исследования. Сущность синергетики состоит в универсализме и междисциплинарном переносе ее моделей. Синергетика имеет, по-видимому мягкие и постоянно расширяющиеся границы. Поэтому синергетику на ее развитой, саморефлексивной стадии должна отличать усиленная и детализированная самокритичность в отношении своих научных оснований. Это служит основой для реализации больших и конструктивных возможностей синергетики в научном поиске. Без такой рефлексивной работы может возникнуть опасность научной девальвации синергетики [7, с. 101].
Синергетика коренным образом отличается от прежней философии природы. В каждой из систем натурфилософии, будь то физика Аристотеля или натурфилософские системы Лейбница, Шеллинга, Гегеля, развивалось некое общее видение мира и в соответствии с ним спекулятивно предписывалось, как природа должна вести себя в том или ином своем фрагменте. Синергетика не изобретает умозрительно общие эволюционные законы, она открывает их, показывая граничные условия их действия. Она исследует конкретные процессы самоорганизации. Например, излучение лазера, структуры в плазме или конвективные ячейки в жидкости, и строит модель, позволяющую математически описать и теоретически понять эти процессы. Эта модель оказывается глубоко содержательной и и успешно функционирующей во многих других областях научного исследования. Это - путь, однако, снизу-вверх, от тщательно научных исследований к теоретическим и затем даже к философским обобщениям, но не наоборот [7, с. 103]. Синергетиче-
ские модели не содержат никаких предписаний и. тем более. Какого-то принуждения по отношению к природе вести себя именно так, а не иначе. Использовать синергетические модели - значит лучше понять внутренние механизмы эволюции и самоорганизации сложности в природе.
Первоначально синергетика базировалась на наблюдениях ее авторов Г. Хакена и И. Пригожина над некоторыми физическими и химическими явлениями. Распространив условия синергетических процессов на Вселенную, был сделан вывод о неустойчивости всех эволюционных процессов. Синергетические процессы могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Это связано с природой конкретного процесса, но не является условием и причиной самоорганизации. Вместе с тем, самоорганизация - это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Из теории самоорганизации следует, что всякие открытые системы с сильной нелинейностью, скорее всего, пульсируют. Фундаментальный принцип поведения нелинейных систем - это периодическое чередование стадий эволюции, развертывания и свертывания, взрыва активности, увеличения интенсивности процессов и их затухания, ослабления, схождения к центру, интеграции и расхождения, дезинтеграции, хотя бы частичного распада. Первоначальная эйнштейнова постановка космологической проблемы во многом еще была классической: речь шла только о пространственной структуре Вселенной. Начиная с Фридмана характер постановки космологической проблемы существенно меняется: в его формулировке речь уже идет о пространственно-временной структуре, ставится вопрос об изучении не только пространственного распределения космической материи, но и ее эволюции в целом [1, с. 160-171].
Древневосточная концепция небытия (ничто) в его онтологическом отношении к бытию в ряде существенных пунктов напоминает современную научную концепцию вакуума как субстанционально-генетического основания астрономической Вселенной. Согласно модели Хойла, скорость расширения Вселенной зависит исключительно от скорости возникновения физических форм материи, лишь при этом условии может выполняться условие неизменности средней плотности материи Вселенной при одновременном ее расширении. Создателем следующего варианта идеи спонтанного возникновения материи был П. Дирак, который считал, что корреляции между большими безразмерными числами имеют фундаментальное космологическое значение. В его трактовке аддитивное и мультипликативное порождение материи влекут за собой различные типы моделей Вселенной. Для того чтобы устранить противоречие с общей теорией относительности Дирак ввел отрицательную массу в таком количестве, что плотность всей самопорождающейся материи равняется нулю.
Новейший вариант идеи спонтанного возникновения физических форм материи возник в рамках теории раздувающейся Вселенной, создателем
которой является А.Г. Гус. Эта модель предполагает, что эволюция началась с горячего большого взрыва. По мере расширения Вселенная переходила в специфическое состояние, называемое ложным вакуумом. В отличие от истинного физического вакуума, который является состоянием с самой низкой плотностью энергии, плотность энергии ложного вакуума может быть очень велика. Таким образом, стадия раздувания заканчивается предполагаемым в теории Великого объединения фазовым переходом - выделением плотности энергии ложного вакуума, приобретающим вид процесса порождения огромного числа элементарных частиц [2, с. 70-83; 3, с. 49].
При этом одной из центральных проблем космологии остается проблема конечности-бесконечности Вселенной в пространстве и времени. В свете космологических исследований выясняется, что вопреки традиционным философским представлениям всеобъемлемость вовсе не обязательно считать основным признаком понятия бесконечности как таковой. Возможны взаимопереходы Вселенной от одного физико-геометрического состояния, ха-растеризуемого пространственной конечностью, в другое, характеризуемое пространственной бесконечностью. В отличие от идеи космического плюрализма в узком смысле, постулирующей существование бесчисленных отдельных миров во Вселенной, идея космического плюрализма в широком смысле говорит о бесчисленных отдельных Вселенных, спонтанно возникающих из вакуума, эволюционирующих, а затем вновь сливающихся с вакуумом [13, с. 69-84].
Поэтому единство мира и его качественная бесконечность, неисчерпаемость являются двумя диалектически связанными сторонами материального мира. Это диалектическое противоречие лежит в основе описания реального физического мира средствами частных физических теорий [5, с. 15-23]. В последнее время активно развивается нанонаука, как приоритетное направление научно-технологического комплекса России. Исследования низкотемпературной экзоэмиссии отрицательных зарядов с нанокристаллического гидроксиапатита показали, что в результате термоциклирования и хранении образцов при комнатной температуре происходят процессы самоорганизации, приводящие к разделению зарядов с образованием отрицательно-заряженного слоя на поверхности. Образующийся при этом заряд длительно сохраняется при повышенной температуре и спадает лишь в ходе охлаждения в температурной области фазового перехода [9].
Как известно, существует аналогия между равновесными фазовыми переходами и процессами самоорганизации в открытых термодинамических системах, которые получили название неравновесных фазовых переходов [15]. К их числу относятся автоколебания в системах томсоновского типа, поскольку для их поддержания необходим приток энергии извне, и, следовательно, автоколебательная система неравновесна. Доказано, что процесс возбуждения автоколебаний в распределенной системе релаксационного типа также полностью укладывается в схему неравновесного фазового перехода.
Проведем некоторые аналогии между фазовыми переходами в конденсированных средах и в системах микро- и мегамира. Гидродинамической моде среды в данном случае соответствует неустойчивая мода, амплитуда которой определяется комплексным параметром порядка, а приведенной температуре в теории Ландау следует сопоставить надкритичность системы. Отметим, что концепция фазовых переходов Ландау не дает адекватного описания картины неравновесного фазового перехода.
Современная теория неравновесных фазовых переходов, отличается от первоначальной концепции Ландау тем, что оперирует как минимум тремя дополнительными степенями свободы, соответствующими управляющему параметру, сопряженному полю и параметру порядка. Собственно переход, понимаемый как пространственно-временная эволюция гидродинамической моды, амплитуда которой определяется параметром порядка, является результатом конкуренции положительной обратной связи параметра порядка с управляющим параметром и отрицательной обратной связи параметра порядка с сопряженным ему полем, где реализуется принцип Ле-Шателье. Квазистатический фазовый переход Ландау имеет место, когда параметр порядка пропорционален полю, а управляющий параметр, а следовательно, и над-критичность от параметра порядка не зависят [11].
Из приведенных примеров следует, что Современная картина Вселенной является системой вложенных друг в друга квазизамкнутых миров, которые могут выступать как микроскопические или макроскопические объекты в зависимости от условий их наблюдения. Тем самым расширяется и обобщается идея бесконечности в космологии. Она выходит за рамки только пространственной и временной конечности и бесконечности и приобретает смысл - многообразия и неисчерпаемости свойств бесчисленного множества физических Вселенных. Статус мироздания выражается в константах физики и космологии, которые показывают искомый фундамент самоорганизации микро- и мегамира: то есть микромир - фундамент, а мегамир - аттрактор. При изменении статуса мироздания, номиналы должны деформироваться. А тот факт, что процесс фазового перехода не приводит к растворению констант, можно интерпретировать как доказательство самоорганизации совместимости любой точки пространства и времени микро- и мегамира.
Анализ понятия виртуальных частиц [4], в которых отражается сущность физического вакуума, требует применения категорий возможности и действительности, отношение между которыми носит диалектический характер. Еще Аристотель отмечал, что природа является цепью событий и превращений, в процессе которых возможное становится действительным. При рассмотрении ряда превращений, которые связывают исчезновение одного материального объекта и возникновение другого, возникает вывод о том, что возможность может существовать не только как отдельное свойство, тенденция, но и как совокупность свойств, которая определяет матери-
альный объект. В последнем случае материальный объект выступает как возможность возникновения нового объекта. На уровне виртуальных частиц или физического вакуума (субмикромира), свойство обладать определенной массой виртуальные частицы получают при переходе из одного уровня строения материи в другой, и тогда они становятся реальными. От обычных частиц они отличаются тем, что существуют в определенном смысле несамостоятельно, как нечто среднее между возможностью и действительностью. Детерминирующими факторами процесса самоорганизации при таких превращениях являются базисные структуры микро- и мегамира, которые играют фундаментальную роль в эволюции Вселенной, в образовании элементов структур бытия.
Механизм бифуркаций делает понятным, «как может чисто количественный рост приводить к качественно новому выбору». Механизм действия отбора еще более усложняется, когда мы переходим от элементарных дис-сипативных систем к составным, элементами которых являются диссипа-тивные же системы. Особый интерес представляют генерационные системы. Здесь надо различать бифуркации локальные, которые испытывают элементы системы (микроэволюция) и глобальные, испытываемые системой, как целым (макроэволюция). В ходе смены поколений происходит постепенное накопление локальных бифуркаций и на их основе локальных мутаций. При этом возникает новый управляющий параметр - число локальных мутаций, у которого имеется свое пороговое (критическое) значение. По достижении последнего нарушается соответствие структуры генерационной системы ее элементам и возникает глобальная бифуркация - набор возможных новых структур системы как целого. Выбор глобальной структуры из набора и ее воплощение в действительности (глобальная мутация) осуществляется взаимодействием элементов системы между собой с помощью глобального селектора - закона устойчивости системы как целого.
Эволюция идет не в сторону хаоса и тем более не в сторону теплового хаоса, а в сторону усложнения. Превращение тенденции к рассеянию разных форм энергии в виде тепла в закон некорректно, поскольку происходят и обратные процессы некомпенсированного превращения тепла в другие формы энергии, и т.д. Однако, ни к каким выводам в физике это до сих пор не привело, так как эта конструкция вместе с трактовкой энтропии как меры беспорядка принадлежит к неявному знанию, которое не обсуждается и потому не нуждается в обосновании.
Список литературы:
1. Арлычев А.Н. Эволюция Вселенной: формальная и субстратная модели // Вопросы философии. - 2007. - № 9. - С. 160-171.
2. Бутрын С. Идея спонтанного возникновения материи «из ничего» в космологии XX века // Вопросы философии. - 1986. - № 4. - С. 70-83.
3. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое: пер с нем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 400 с.
4. Готт В.С., Перетурин А.Ф. О философских вопросах теории виртуальных частиц и процессов // Философские науки. - 1965. - № 4.
5. Готт В.С., Чудинов Э.М. Неисчерпаемость материи и развитие физического знания // Вопросы философии. - 1969. - № 5. - С. 15-23.
6. Дрюк М.А. Синергетика: позитивное знание и философский импрессионизм // Социально-гуманитарные знания. - 2004. - № 10. - С. 102-113.
7. Князева Е.Н. Саморефлективная синергетика // Социально-гуманитарные знания. - 2001. - № 10. - С. 99-113.
8. Коршунов А.М., Мантатов В.В. Онтология устойчивого развития: диалектика и синергетика // Вестник Московского университета. Серия 7. Философия. - 2010. - № 6. - С. 54-65.
9. Крылова И.В., Иванов Л.Н., Божевольнов В.Е., Северин А.В. Процессы самоорганизации и структурные фазовые переходы в нанокристалличе-ском гидроксиапатите по данным экзоэмиссии // Журнал физической химии. -2007. - Т. 81, № 2. - С. 300.
10. Ровинский Р.Е. Синергетика и процессы развития сложных систем // Вопросы философии. - 2006. - № 2. - С. 162-169.
11. Рудый А.С. О мере упорядоченности движения и неравновесных фазовых переходах в автоколебательной системе релаксационного типа // Журнал технической физики. - 1998. - Т. 68, №1.
12. Синергетика: перспективы, проблемы, трудности (материалы «круглого стола»). Участвовали: В.А. Лекторский, В.С. Степин, Б.И. Пружинин, В.И. Аршинов, Г.Г. Малинецкий, Л.П. Киященко, Л.Б. Баженов, Я.И. Свир-ский, Е.А. Мамчур, В.Г. Буданов, Е.Н. Князева, М.И. Штенберг // Вопросы философии. - 2006. - № 9. - С. 3-33.
13. Турсунов А. Мирозданья тугие узлы (новейшая космология в философской перспективе) // Вопросы философии. - 1988. - № 2. - С. 69-84.
14. Урсул А.Д. Универсальный эволюцианизм: информационно-синер-гетический подход и общенаучные принципы // Социально-гуманитарные знания. - 2006. - № 6. - С. 278-294.
15. Хакен Г. Синергетика. - М.: Мир, 1980. - 404 с.
