И. Пригожин

Идеи необратимости и Э проникают и в физическую картину мира. В 1967 г. И. Пригожин с сотр. создают физику неравновесных процессов, теорию диссипативных структур, которая впоследствии эмпирически подтверждается (Пригожин 1985: 9-19; Пригожин,Стенгерс1999:5).

Уже более полувека прошло с тех пор, как И. Пригожин опубликовал первую работу по неравновесной термодинамике, в которой отметил конструктивную роль необратимости. Это была одна из первых работ, посвящённых самоорганизации, рассматриваемой в связи с удалением от состояния равновесия. Отправной точкой работ Пригожина была попытка разобраться со смыслом Вр. Ответы учёных, философов вызывали у него разочарование. Даже после открытия второго начала термодинамики многие физики не принимали идею необратимости (Пригожин 1999: 214-217).

Теория самоорганизации И. Пригожина это модель перехода от хаоса к порядку через флуктуацию. Коренной переворот во взглядах на необратимые процессы произошёл лишь недавно, и мы начали понимать конструктивную роль необратимых процессов в физическом мире. Если система изолирована, то флуктуации возвращают её в состояние равновесия, но открытая неравновесная система может спонтанно эволюционировать к состоянию более высокой сложности (например, градиент Т приводит к частичному разделению вещества, явление термодиффузии). Было изучено множество примеров, в которых сложность ассоциировалась с необратимостью. Эти результаты и стали путеводными нитями для исследований как Г. Хакена, так и И. Пригожина (Пригожин 1985: 93, 1999: 214-216).

С появлением нелинейной неравновесной термодинамики и синергетики была нарушена не только Вр, но и Пр симметрия, рассмотрение перешло на новый уровень кооперативных явлений, приводящих к спонтанному образованию и Э структур. В любой сложной системе, от молекул в растворе до нейронов в мозге или большом городе, части этой системы находятся в непрерывных мелкомасштабных изменениях. Каркас системы как бы мелко дрожит и испытывает флуктуации. При наличии отрицательной обратной связи флуктуации ослабляются и подавляются, равновесие системы поддерживается. Но там, где происходит усиление за счёт положительной обратной связи, некоторые флуктуации могут усилиться, это может привести к разрушению существующей системы и рождению новой, более сложной. Эти новые, более сложные системы И. Пригожин назвал диссипативными (рассеивающими) структурами (Пригожин 1985; Пригожин, Стенгерс 1986, 1990, 1994; Янч 1999: 150; Тоффлер 1999: 494-496).

Понятие диссипативной системы – центральное понятие теории И. Пригожина. Открытие диссипативных структур, существующих лишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию и, Þ, производит S, было совершенно неожиданным. Под названием “диссипативные структуры” принято понимать организованное поведение, которое может возникнуть, знаменуя поразительную взаимосвязь двух противоположных аспектов: диссипации, обусловленной порождающей S активностью, и порядка.

В отличие от состояний равновесия, у сильно неравновесных систем не существует гарантии, что флуктуации затухают. Вблизи равновесия законы природы универсальны, но вдали от равновесия законы природы начинают зависеть от механизма. Мы делаем первые шаги к постижению источника того разнообразия, которое наблюдаем вокруг. Вдали от равновесия вещество обретает новые свойства. Э по И. Пригожину, это процесс, ведущий к усложнению и разнообразию биологических и общественных организмов посредством появления новых, более высокого порядка диссипативных структур (Пригожин 1999: 218; Тоффлер 1999: 496).

Условия самоорганизации диссипативных систем: открытость, сильное неравновесие со средой и автокатализ (внутреннее подкрепление флуктуаций). Диссипативные системы отличаются:

Ø Открытостью по отношению к окружающей среде. Существование неравновесных систем поддерживается постоянным обменом веществом и энергией со средой, иначе говоря, метаболизмом. При прекращении обмена диссипативные системы разрушаются.

Ø Неравновесным состоянием, сильно неравновесные связи являются условием самоорганизации (автономности). Равновесие выступает как эквивалент стагнации и смерти. Динамику устойчивых неравновесных систем называют автопоэзисом. Автопоэтическая система характеризуется некоторой автономией по отношению к окружающей среде, что можно понимать как примитивную форму сознания, соответствующую уровню существования системы. В открытых системах неравновесие может порождать порядок. Хаос связан с порядком, и это главное изменение, которое происходит в нашем восприятии Универсума (Пригожин, Стенгерс 1999: 59-73; Янч 1999: 150-151).

Ø Нелинейностью путей развития: система чувствительна к своим собственным флуктуациям, вблизи равновесия флуктуации затухают. Но флуктуации могут приводить к спонтанному возникновению когерентных процессов. Неустойчивость означает, что флуктуации могут перестать быть просто “шумом” и превратиться в фактор, направляющий глобальную Э системы.

Каждая диссипативная система имеет управляющие параметры. У каждого параметра есть критическое, пороговое значение, при достижении которого в Э системы происходит скачок в другую сеть мер. При некотором критическом расстоянии от равновесия состояние системы становится неустойчивым, точка, где теряется устойчивость, называется точкой бифуркации, точкой разветвления путей Э. За точкой бифуркации возникает множество новых явлений. Система спонтанно выбирает одну из имеющихся ветвей (Князева, Курдюмов 1994; Янч 1999: 151; Пригожин 1999: 218-219).

Н.Н. Моисеев, расширяя дарвиновский язык (изменчивость-наследственность-отбор), включает в него и бифуркационные состояния. Явление бифуркации типично для большинства процессов, разворачивающихся во Вр. Бифуркация определяет спектр возможных альтернатив, путей развития (тезаурус отбора). В точке бифуркации, неустойчивости, разветвления эволюционной линии, существует несколько (минимум два) возможных направлений развития сложных систем. Будущая Э не может быть предсказана с абсолютной определённостью. В этом случае мы можем иметь дело только с вероятностями, и невозможно предсказать, какой именно путь изберёт система. Исход бифуркации случаен, как бросание игральной кости[6].

Однако уже на уровне химических диссипативных структур система хранит память о своём эволюционном пути. Бифуркация – это процесс, в течение которого происходит перестройка системы, и определяющее значение в характере дальнейшего развития процесса имеют случайные факторы. Примерами бифуркационных состояний в развитии общества являются: катастрофы и кризисы; революционные процессы: ни в одной революции никому не удалось предсказать характера постреволюционного развития; современную кризисную эпоху уже назвали “эпохой бифуркации” (Э. Ласло).

Бифуркации это источник нарушения симметрии, проявление внутренней дифференциации между частями самой среды, системой и окружающей её средой. Бифуркации можно считать источником диверсификации и инновации (Моисеев 1998: 66-70; Янч 1999: 151; Пригожин 1999: 220).

Конечное состояние или ход Э диссипативной системы зависит от аттрактора. В закрытой системе притяжение к тепловому равновесию (аттрактору), в открытой – при определённых условиях возможен переход к новому уровню упорядоченности. Аттрактор – устойчивое состояние системы, которое “притягивает” к себе всё множество траекторий системы, определяемых различными начальными условиями (Князева, Курдюмов 1994: 226).

Идеальный маятник (без трения) не имеет аттрактора и колеблется бесконечно. Движение реального маятника – диссипативной системы включает трение, маятник постепенно останавливается в положении равновесия, это положение является аттрактором. Состояние термодинамического равновесия также является аттрактором.

Полной неожиданностью стало открытие странных аттракторов[7]. Открытие таких аттракторов означало, что существуют ситуации, для которых прогноз в принципе невозможен. Незначительное событие в точках бифуркации может вызвать кардинальные перемены. Малые причины приводят к большим следствиям. Это явление иногда называют эффектом бабочки: взмах крыльев бабочки в неустойчивой системе (точке бифуркации) может со Вр вызвать бурю, изменить погоду в огромном регионе. Но даже в странных аттракторах много порядка. Исследования порядка в странных аттракторах показало, что в природе существует всего несколько универсальных сценариев перехода от порядка к хаосу. Разные явления, разные уравнения, но сценарий один. Это ещё раз доказывает единство природы.

Работы И. Пригожина постулируют взаимосвязь случайности и необходимости. В тот момент, когда система “прыгает” на новый уровень сложности, в принципе невозможно предсказать, какую из многих форм она приобретёт. Э. Тоффлер считает, что это подходит и к прыжку от Второй (индустриальной) к Третьей (постиндустриальной, информационной) волне цивилизации. Но если путь выбран, если новая структура возникла, детерминизм вновь вступает в силу (Тоффлер 1999: 497-498).

Геометрически странные аттракторы характеризуются не целыми, а дробными размерностями. Они являются фрактальными[8] объектами. Слово фракталы было введено М. Мандельбротом (Форма, случай и размерность, 1977 г.). Фракталами называют объекты, которые обладают свойством самоподобия, масштабной инвариантности. Это означает: малый фрагмент структуры объекта подобен другому, более крупному фрагменту или структуре в целом. Примером могут служить лёгкие: каждый бронх разветвляется на более мелкие бронхи, а те на ещё более мелкие, каждое разветвление идентично по конфигурации, но отличается размером. Примерами являются кровеносная система и кишечник человека; геометрия деревьев и листьев, лепестков цветков; поверхности порошков; очертания облаков, морских побережий и русел рек.

Открытие фрактальных объектов позволило по-новому взглянуть на удивительный мир форм природы. Большинство этих форм не являются правильными геометрическими объектами и могут характеризоваться дробными размерностями. Идеи взаимосвязи и отражения всего во всём развивал в своём учении Г.В. Лейбниц: каждая монада мира отражает как в зеркале свойства мира в целом. В восточной философии похожий принцип: одно во всём и всё в одном (Князева, Курдюмов 1994: 43-44; Капица и др. 1997: 24-35; Пригожин, Стенгерс 1999: 79-80).

Теория диссипативных структур, как и синергетика, применима к явлениям самоорганизации во многих областях: химические реакции и предбиотическая Э, функционирование организмов и нейрофизиология, экология и социобиология, рост городов и Э науки. Широкая применимость теорий самоорганизации основана на фундаментальной гомологии (родстве, сходстве, общности) самоорганизующейся динамики на многих уровнях (Пригожин 1985; Пригожин, Стенгерс 1986, 1990, 1994; Налимов 1993: 30, 103-115; Князева, Курдюмов 1994; Янч 1999: 150-151).

Значение теорий самоорганизации в том, что они:

² раскрыли общие механизмы усложнения: электроны, атомы, фотоны, молекулы, лазеры, жидкости, самоорганизуясь, подчиняются единым принципам (флуктуации открытой системы до порога, точки бифуркации и переход к новому, более сложному порядку);

² показали: необратимость Вр может рассматриваться как конструктивный процесс;

² разрушили миф о существовании внеприродного фактора Э.

Но синергетика и неравновесная термодинамика следуют нормативам физикалистического и редукционистского мышления. Синергетика отвергает категорию субъектности. Причины Э сводятся к механизмам вещественного структурообразования, без внимания в Э остаются невещественные, идеальные, субъектные феномены: отражение мира, психика, интеллект. Идеальные феномены – лишь побочные феномены имманентного процесса усложнения структур, лишённые самостоятельной роли (Назаретян 1991: 24-25).