Вторая половина науки

Вторая половина науки

 

Храм о двух шпилях

Синергетика, которая нам нужна

Синергетический процесс с точки зрения бога и человека

Храм о двух шпилях

Все объекты окружающего нас мира можно выстроить вдоль некоторой оси сложности, где каждый вышестоящий объект включает в себя нижестоящие в качестве элементов.

Традиционно схема науки представляется нам в виде луча, острие которого находится где-то в нижнем конце нашей оси систем. В этом острие находятся физические теории объектов микромира и фундаментальных взаимодействий. Строение объектов любого рода объясняется на основании законов поведения составляющих его элементов: атом как система элементарных частиц, молекула как система атомов, ..., работа механизма как взаимодействие деталей,..., общество как система индивидуумов.

По мере движения по лучу и удаления от его острия объекты природы объединяются во все более сложные системы - атомы, молекулы, тела, живая природа, общество и т.д. Соответственно с этим дробятся отрасли науки, если в острие находятся универсальные теории единых кирпичиков мироздания, то теперь появляются частные области знания: биология, технические науки, социология, экономика...

Нарисованная картинка достаточно привычна. Мы всегда, если задаемся вопросом как работает то-то, или почему происходит так, прежде всего пытаемся заглянуть внутрь и увидеть причину внутри объекта нашего внимания.

Законы, описывающие поведение объектов, принято объединять в разделе "Динамика". В том случае, когда законы Динамики не являются достаточными для определения "траектории" поведения, применяют законы и принципы, которые носят общий характер и относятся к разделу "Термодинамика". Для термодинамики характерен чрезвычайно общий взгляд на объекты окружающего мира - конкретная природа систем не имеет значения, важно только, что они представляют собой совокупности взаимосвязанных элементов и имеют некоторые общесистемные параметры состояния, например, энергию, энтропию, температуру и т.п. Традиционно было принято отводить термодинамике второстепенную роль, вплоть до утверждения об антропоморфном характере ее законов.

Современный взгляд на структуру науки заключается в признании равноправного взаимодополняющего положения Динамики и Термодинамики. Становление подобных взглядов на науку связано, в частности, с именем нобелевского лауреата И.Р. Пригожина (I.Prigogine).

Два луча законов науки

 

Таким образом, пользуясь архитектурной метафорой, можно сказать, что наука - это храм о двух шпилях. Среди архитекторов второго шпиля Храма Науки было и есть много ученых, так или иначе связанных с Россией - Вернадский (ноосфера), Богданов (Всеобщая организационная наука или Тектология), Афанасьева-Эренфест (необратимость), Пригожин (неравновесная термодинамика), Тимофеев-Ресовский (биофизика), Лев Гумилев (этногенез), Н.Н.Моисеев (алгоритмы развития).

Луч законов Термодинамики направлен со стороны высших систем природы навстречу лучу законов Динамики. В острие его расположены три основных закона или начала: закон сохранения энергии, невозможность самопроизвольного уменьшения энтропии для замкнутых систем и принцип минимума диссипации (то есть - рассеяния) энергии для открытых.

"Мне кажется, что особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии. Сформулирую его следующим образом: если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему (процесс), то реализуется то ее состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии."

Н.Н.Моисеев, академик РАН

Современная термодинамика изучает процессы, происходящие в открытых, сложных, нелинейных системах - активных или пассивных. Это удивительный мир чудесных явлений самоорганизации! И это практически бескрайний мир объектов изучения, ведь системами такого рода являются все объекты, окружающие нас, - от камня на дороге до всей системы живой природы планеты.

Действие законов термодинамики на объекты несколько необычно для мышления, привыкшего к чисто динамическому подходу, когда кирпичи определяли параметры всего здания. Оказывается, что окружающая среда, внешняя система, не менее явно определяет строение и поведение любого своего элемента. Любая система создает свои законы для своих составляющих, любой элемент оказывается несвободен от внешнего мира. Именно эти системные законы термодинамики и определяют историческую эволюцию форм и структур объектов природы, именно они позволяют изучать внезапные качественные процессы, критические точки катастроф, маршруты бифуркации состояния систем.

Причем, с точки зрения Динамики, объясняющей поведение объекта на основании взаимодействия его частей, невозможно обнаружить причину, которая бы заставила элементы резко менять свое поведение.

Поведение и строение любого объекта природы, таким образом, определяется не только законами Динамики, то есть снизу оси сложности, но и законами Термодинамики - с противоположного конца оси, если хотите, - свыше.

Любой объект этого мира всегда как бы освещен с двух сторон - изнутри и снаружи - лучами законов природы, которые определяют его строение и поведение.

Теории, принадлежащие первому лучу - Динамике, составляют специальное знание. Человек, разбирающийся в тонкостях явлений, в их природе, называется Специалистом. Знание законов второго луча - Термодинамики, позволяет человеку видеть важные причины поведения любых объектов независимо от их природы. Это как раз то самое знание, которое испокон века называлось Мудростью.

 

 

Синергетика, которая нам нужна

Немецким физиком Германом Хакеном был предложен термин “синергетика” (от древнегреческого - “вместедействие”) для собирательного названия методов различных разделов знания, объединенных общими предметом исследования. Этим предметом являются явления коллективного поведения элементов в системе. Такие как процессы эволюции, самоорганизации, динамического хаоса в физических, биологических, социальных и других системах.

Является ли синергетика междисциплинарным подходом, совершенно новой наукой или просто особым философским взглядом – ей предстоит еще доказать самой. Однако, свежесть новых идей и неожиданных подходов к известным проблемам составляет несомненную прелесть этой отрасли знания.

Синергетика не выработала пока единого общепринятого научного языка и это прекрасно! По крайней мере, до удушающей атмосферы общепринятой косности еще далеко. И это глубоко символично для науки, занимающейся явлениями развития и качественного преобразования. Поэтому авторы заранее извиняются за свой стиль изложения синергетических подходов. Желающие могут найти обширный материал по синергетике в сети и литературе. Мы же выделим только то, что важно нам именно для формулирования принципов неординарного мышления на основании синергетических подходов.

Итак, любые объекты окружающего нас мира представляют собой системы, то есть совокупность составляющих их элементов и связей между ними.

Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда. Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая внимание на малые, незаметные и незначительные процессы.

Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов. Именно отрицательные обратные связи, таким образом, создают и окружающий нас мир, как устойчивую систему устойчивых систем.

Стабильность и устойчивость, однако не являются неизменными. При определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Это означает, кроме прочего, возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.

Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия.

Принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии, приведенный выше в изложении академика Моисеева, не признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья Пригожин, в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу. Оставим, однако, ведущим ученым фундаментальные вопросы. В конце концов, употребляя термин “принцип”, а не “закон”, мы вслед за многими другими, соглашаемся с возможностью уточнения формулировок.

Моменты качественного изменения исходной системы называются бифуркациями состояния и описываются соответствующими разделами математики – теорией катастроф, нелинейные дифференциальные уравнения и т.д. Круг систем, подверженных такого рода явлениям, оказался настолько широк, что позволил говорить о катастрофах и бифуркациях, как об универсальных свойствах материи.

Таким образом, движение материи вообще можно рассматривать, как чередование этапов адаптационного развития и этапов катастрофного поведения. Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при сохранении неизменного порядка ее организации. При изменении внешних условий параметрическая адаптация позволяет системе приспособиться к новым ограничениям, накладываемым средой.

Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или меньшими темпами диссипации энергии.

Возникновение нового качества, как мы уже отмечали, происходит на основании усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает наши возможности точного прогнозирования развития, оставляя, тем не менее, возможности важных качественных заключений.

Таким образом, синергетика находится целиком в русле традиционной диалектики, ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные, отрицания отрицания и т.п.

Исторический процесс развития любых типов систем предстает перед нами в виде чередования “спокойных” этапов изменения количественных свойств и “революционных” этапов качественного усложнения структуры, самоорганизации, поднимающей системы вверх по оси сложности. Синергетика вплотную подошла к научному описанию таких явлений, как происхождение жизни, происхождение видов, возникновение и развитие сознания.

Здесь логично задать вопрос, а что же является движущей силой прогресса, эволюции?

В качестве гипотезы выскажем следующее предположение: существует некоторый несформулированный пока постулат сохранения. Это закон должен сформулировать баланс роста энтропии в глобальной системе и снижения энтропии в ее локальных подсистемах. Действительно, рост дефицита энергетических ресурсов, будь то масштабы страны, планеты или глобальное похолодание Вселенной после Большого Взрыва вызывают адекватный им процесс самоорганизации материи, рост организованности, составляющих ее систем, переход их в состояние с меньшей энтропией. Таким образом, закономерность прогресса похожа на ножницы – чем уже ресурсные возможности (чем сильнее мы сдвигаем кольца ножниц), тем выше поднимается уровень организованности природы.

 

Синергетический процесс с точки зрения бога и человека

Говоря о развитии систем в историческом плане, мы невольно смотрим на них с позиции Господа Бога. Ученые также, как правило, в качестве исследователей занимают позицию Всевышнего. И системы и их составляющие – всего лишь объекты рассмотрения. И с этой позиции выражение “системы меняют свои свойства так, чтобы…” имеет право на существование.

Однако мы не должны забывать, что изменение параметров технических, человеко-машинных, или социальных систем – это всегда работа конкретных людей: инженеров, менеджеров, технологов, администраторов, бизнесменов. История социальной системы – это ведь наша с вами жизнь, полная радости и страданий, свершений и трагедий. То что исследователю или Всевышнему представляется скачком, быстрым переходом на новый уровень, бифуркацией состояния, для конкретных личностей может составлят целый этап жизни (если не всю ее).

Синергетический процесс самоорганизации материи это (с точки зрения Господа) бесконечное чередование этапов "спокойной" адаптации и "революционных" перерождений, выводящих системы на новые ступени совершенства.

Но в тоже время (спускаемся с небес на грешную землю!), синергетический процесс самоорганизации материи это бесконечное чередование этапов "спокойной" инженерной, управленческой, организационной работы, адаптирующей существующие объекты к изменениям среды, и неординарных идей, новаторских решений, изобретений и "революционных" реорганизаций, выводящих системы на совершенно новые ступени совершенства. Именно на этих этапах человек, нашедший неординарное решение, практически реализует бифуркацию состояния конкретной системы.

Что такое “адаптационный этап” с нашей земной точки зрения? С точки зрения, так сказать, элементика, находящегося внутри системы. Просто мы все время занимаемся оптимизацией: инженер "шлифует" конструкцию изделия, управляющий добивается лучшей работы коллектива, бизнесмен - повышения рентабельности фирмы.

Что означает “катастрофный этап”? Это означает, что наступает наш звездный час: инженер изобретает новую конструкцию, управленец проводит коренную реорганизацию, бизнесмен открывает новое дело. Очевидно, что такие решения составляют наиболее эффективную форму человеческой деятельности. Умение, во-первых, в любой ситуации увидеть суть дела, во-вторых, вовремя заметить проблему, то есть не пропустить момент, когда обстоятельства требуют ломки привычных представлений, и, в-третьих, найти одно или несколько красивых решений, отличает людей, добивающихся успеха в любом деле.

Бифуркация состояния социальных и человекомашинных систем таким образом есть не только объективный факт, но и продукт мыслительной деятельности конкретных личностей.

Вы хорошо работали долгое время, вы осваивали новую технику, вы увеличивали выпуск продукта. Но вот случился в вашем бизнесе внезапный кризис - прежние усилия больше не дают результата. Есть ли разница в том - ваша удачная идея откроет вам новый рынок или это будет находка другого? Ваше ли новаторское решение перевернет все производство или изобретение конкурента сведет на нет ваше дело?

Коренная перестройка всего дела может вынести вас на самый верх служебной лестницы! Что вы скажете, однако, когда реорганизация предприятия закончится для вас извещением об увольнении?

Итак, история любой системы есть чередование эволюционных этапов, когда специалисты могут применять полученные ими знания, и этапов бифуркационного развития, когда находится человек, способный к неординарному мышлению, новаторству, изобретательству.

И если законы синергетического развития универсальны, то можно предположить, что в основе неординарныхтворческих способностейгениальных личностей лежат как раз эти законы.