Основные концепции самоорганизации Г. Хакена

Основные концепции самоорганизации Г. Хакена. Синергетика (греч. synergetikos – совместный, согласовано действующий) – научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря процессам самоорганизации в природе и обществе, т.е. интенсивному (потоковому) обмену веществами и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях; в таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядоченности, т.е. уменьшается энтропия (т.н. самоорганизация). Синергетика возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в основоположником является Г. Хакен, профессор Института синергетики и теоретической физики в Штудтгарте.

Современная синергетика стала признанным междисциплинарным направлением научных исследований, которое занимается изучением сложных систем, состоящих из многих элементов, частей, компонентов, которые взаимодействуют между собой сложным (нелинейным) образом.

Исследует механизмы возникновения новых структур за счет разрушения старых, а синергетические системы функционируют в соответствии с принципом положительной обратной связи. Термин «синергетика» введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, в котором результаты его исследований по теории лазеров и неравновесным фазовым переходам должны были (и это произошло) дать идейную основу для плодотворного взаимосотрудничества исследователей из различных областей знания.

Разнообразие научных школ, направлений, идей свидетельствует о том, что синергетика представляет собой скорее парадигму, чем теорию. Это значит, что она олицетворяет определенные достаточно общие концептуальные рамки, немногочисленные фундаментальные идеи, общепринятые в научном сообществе, и методы (образцы) научного исследования.

Свой выбор термина «синергетика» проф. Г. Хакен объясняет следующим образом. «Я выбрал тогда слово «синергетика», потому что за многими дисциплинами в науке были закреплены греческие термины. Я искал такое слово, которое выражало бы совместную деятельность, общую энергию что-то сделать, так как системы самоорганизуются, и поэтому может показаться, что они стремятся порождать новые структуры. Я обратился тогда за советом к моему школьному другу Гауссу Кристофу Вольфу, который хорошо разбирался в греческом, и мы с ним обсуждали различные понятия.

Я преследовал цель привести в движение новую область науки, которая занимается вышеуказанными проблемами. Уже тогда я видел, что существует поразительное сходство между совершенно различными явлениями, например, между излучением лазера и социологическими процессами или эволюцией, что это должно быть только вершиной айсберга. Правда, в то время я не подозревал, что эта область может оказать влияние на столь многие и отдаленные области исследования, как, например, психология и философия» Синергетика является наиболее общей на данный момент теорией самоорганизации и изучает закономерности этих явлений во всех типах материальных систем.

Как пишет Г. Хакен, принципы самоорганизации распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций». Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации как в живой, так и в неживой природе.

Теоретической основой синергетики выступает термодинамика нелинейных систем, или неравновесная термодинамика. Исходным принципом синергетической концепции является различие процессов в открытых и закрытых системах. Синергетика в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. По мнению ее создателей, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. Система называется самоорганизирующейся, если она без специального воздействия извне обретает новую пространственную, временную или иную структуру.

Главные свойства открытых самоорганизирующихся систем – неустойчивость и нелинейность. Опираясь на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, все ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных структур неспособны.

В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т.е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой.

Т.е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования. Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты согласования и кооперации, когда различные элементы начинают действовать в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным.

После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи. Таким образом, внешние взаимодействия оказываются фактором внутренней самоорганизации систем, которые в свою очередь способствуют самоорганизации других систем и т.д. Взаимодействие системы со средой оказывается существенным условием ее эволюции. Направление развития системы после прохождения точки бифуркации оказывается непредсказуемым.

Однозначно спрогнозировать будущее открытой неравновесной системы оказывается невозможным. Таким образом, ключевую роль в процессах самоорганизации играют случайные факторы. Синергетический подход позволяет ответить на вопрос: почему вопреки действию закона энтропии мир демонстрирует высокую степень организованности и порядка? Синергетика последовательно опровергает теорию тепловой смерти Вселенной. Хаос понимается, как особый вид регулярной нерегулярности и более не рассматривается как разрушительное состояние.

Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем. Сегодня синергетика (а также входящая в неё и близкая по смыслу теория самоорганизации) включает в себя, по крайней мере, три уровня идей: 1. Частнонаучный (конкретные теории самоорганизации структур в физике, химии, биологии, экологии, психологии и других частных науках, в том числе теории динамического хаоса). 2. Общенаучный (концепции самоорганизации Г. Хакена, И. Пригожина, С. Курдюмова, Э. Ласло и других известных авторов, которые формулируют общие понятия, принципы и законы самоорганизации, применяемые во всех объективных, связанных с эмпирическим опытом, науках, включая теорию хаоса, а также в математике как общенаучной дисциплине). 3. Мировоззренческий (синергетика как ядро мировоззрения нового типа, обобщающего мировоззрения прежнего типа мифологию, религию, философию). Сказанное можно дополнить тем, что сегодня позитивным фактором оказывается, как раз неопределенность относимого к синергетике содержания.

Если следовать тому, что говорят о синергетике Г. Хакен и другие признанные ее идеологи, то, обращаясь к более широкой сфере явлений – к феномену самоорганизации и вообще к процессам в среде и направлении от хаоса к порядку мы находим синергетику как достаточно ограниченную подобласть, из которой, как ни парадоксально следует исключать такие высшие проявления самоорганизации как эволюцию и развитие.

То, что соответствующий факт остается завуалированным, способствует утверждению синергетики в качестве, хотя в значительной степени символической, но действенной основы для творческого взаимодействия физиков, химиков, биологов и нейробиологов, также специалистов других специальностей, включая гуманитарные, в направлении развития теоретической базы для едва ли не самого интересного, важного и сложного феномена природы – самоорганизации. Термин «концепция самоорганизации» шире часто употребляемого синонима «синергетика». В связи с этим достаточно обратить внимание на существование в естественном языке сходных терминов из различных сфер человеческой деятельности: синтез, синкретика, синдром, синхрония и других, которые являются отражениями феномена междисциплинарности самоорганизации материи.

Несмотря на то, что синергетика в широком смысле тождественна самоорганизации, в устоявшемся на сегодняшний день материале под синергетикой понимается конкретная, прежде всего физико-математическая дисциплина, в которой проводится исследование обширной, но достаточно феноменологически ограниченной группы нелинейных уравнений определенными аналитическими методами.

Общий смысл комплекса синергетических идей, которые развивают эти направления, заключается в следующем: процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной равноправны; процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, при помощи которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и неживой природе.

Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум условиям.

Прежде всего, они должны быть: открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой; и существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. Практически изначально (от Г. Хакена) синергетика нашла содержание для себя и привнесла новые идеи: в теорию лазеров и термодинамику неравновесных процессов, и теорию нелинейных колебаний и автоволновых процессов; в теорию бифуркации и теорию структурной устойчивости; в теорию катастроф.

Претерпело развитие понятие хаоса, вошел в обиход термин детерминированный хаос, имеющий конкретный физико–математический смысл. Значительно расширилась область применения синергетики в связи с развитием теории фракталов. В русле синергетики нашли интерпретацию и свое решение задачи из областей физики, кинетической химии, биологии, геологии, материаловедения и др. Следует отметить распространение самим Г. Хакеном идей синергетики на биологические явления: переходы между паттернами в биологии и возможности исследования биологической эволюции как процесса самоорганизации в сложной системе.

В контексте синергетики проводятся сегодня социальные и гуманитарные исследования, также исследования применительно к человекомерным системам и антропной сфере. С синергетикой устойчиво ассоциируются такие физические объекты и явления как: аттракторы, бифуркация, самоорганизация (когерентная, континуальная и в других смыслах и интерпретациях), хаос и детерминированный хаос, открытие системы в неравновесном состоянии, фракталы, диссипативные процессы.

В центре синергетики (как науки, как мировоззрения) стоит понятие фрактала. Это понятие является общенаучным и означает неустойчивое, переходное, быстро переходящее состояние эволюционизирующего объекта, состояние промежуточное между одним устойчивым состоянием и другим. Различают фракталы в естествознании и гуманитарных науках, в математике и даже философии.

Фракталу как теоретическому конструкту, как главному, центральному понятию фундаментальной научной теории (синергетики) нельзя дать определение, то есть свести к старым, уже известным понятиям. Таким понятиям, вводящим принципиально новое знание, можно дать метафорические, ассоциативные характеристики, но нельзя дать определение, то есть редуцировать новое к старому. Ведущий принцип синергетического мировоззрения: «Всё есть фрактал» (если формулировать специфику этой «философии» подобно Пифагору «Всё есть число», Гераклиту «Всё есть огонь», Демокриту «Всё есть атомы и пустота», Платону «Всё есть идеи» или Аристотелю «Всё есть форма и материя»). Совершенно явно видны фрактальные структуры, соединяющие естественнонаучное и гуманитарное знание, западную и восточную культуры, науку и религию (как это и предсказывал более 100-летия назад В.С. Соловьёв). На наших глазах возникают контуры мировоззрения особого типа, принципиально отличающиеся от старых, известных тысячелетия типов мировоззрения (мифологии, религии, эзотерики, философии). Примеры фракталов в природе: изрезанное побережье (например, в Скандинавии), облако, гора, река, дерево, тающая снежинка, гусеница в коконе, в период постепенного превращения в бабочку и т.п. Фракталы в гуманитарных областях: влюблённость как состояние, промежуточное между наличием и отсутствием любви у данного человека (и вообще все переходные состояния психики человека), возникновение нового языка.

Мышление-чувствование-переживание фрактальными, неустойчивыми, многомерными образами-мыслеформами открывает вселенную гораздо более богатую, чем это представлялось до сих пор. Эта тема столь трудна и фундаментальна, что пройдут ещё десятки лет, прежде чем научное сообщество хотя бы поймёт, о чём здесь идёт речь. В связи с распространением идей синергетики на широкий круг явлений, полезно оценивать, в какой мере то или иное действие такого рода является доказательным научно–обоснованным шагом, а в какой это ни к чему не обязывающий взгляд по аналогии.

Действие авторитета становится здесь в ряде случаев не обязывающим, а разрешающим.

Совершенно необходимо критическое отношение к конкретным оценкам и суждениям.

Речь идет о том, что в работах Г. Хакена рассматриваются, с одной стороны, физические объекты и системы, имеющие строгое математическое описание. С другой стороны - рассматриваются, например, биологические макросистемы, на которые принципы и выводы, полученные для физических систем можно переносить лишь условно, по аналогии.

Формулы и диаграммы, будучи символами точного знания, являются для биологических систем образными метафорами. Можно было бы высказать сожаление, что сам Г. Хакен является в этом примером для многих из своих последователей. Однако и здесь мы наблюдаем парадоксальное явление. Именно снятие строгих ограничений, возможность примерить к различным неформализованным областям знания принципов синергетики и критериев самоорганизации, оказалось плодотворным и стало позитивным фактором.

Необходимо, вместе с тем, отдавать себе отчет в том, что в рассмотрении биологических систем мы имеем Г. Хакена - не физика теоретика, но мыслителя, а иногда даже художника. Иллюстрацией к сказанному являются слова Г. Хакена о применении понятия энтропии к биологическим системам, где, как пишет Г. Хакен: «возникает в некотором смысле новый тип информации, связанный с коллективными переменными или параметрами порядка.

Это навело нас на мысль, назвать ту часть информации, которая относится к параметрам порядка и отражает коллективные свойства системы, синергетической информацией». Что же касается самих параметров порядка, то они обретают новый смысл, превращаясь в носителей информации - «информаторов». Синергетика является теорией эволюции и самоорганизации сложных систем мира, выступая в качестве современной (постдарвиновской) парадигмы эволюции.