Синергетика различает два типа систем — дискретные и жесткие

Понятия организации и самоорганизации сложных саморазвивающихся систем (материальных и идеальных) становятся центральными в методологии науки наших дней. Современный этап исследования организации и самоорганизации связан прежде всего с выделением физических оснований этих явлений, что позднее получило наименование «синергетика». Термин «синергетика» (от греч. synergos — совместно действующий) ввел Г. Хакен, чтобы подчеркнуть роль коллектива (кооперации) в процессах самоорганизации.

Синергетика — это не новая наука, но новое объединяющее направление в науке. Цель синергетики — выявление идей, общих методов и общих закономерностей процессов самоорганизации в самых различных областях естественно-научного, технического и социогуманитарного знания. Другими словами, синергетику можно определить как междисциплинарную область знания, ориентированную на поиск универсальных законов эволюции и самоорганизации сложных систем, точнее, открытых неравновесных нелинейных систем.

В отличие от классической термодинамики, в недрах которой она зародилась (и где имеется лишь один конечный пункт эволюционирования—термодинамическое равновесие), в синергетической картине мира фиксируется возможность множества, хотя и ограниченного, путей развития. Синергетика изучает, каким образом из хаоса возникает порядок, из порядка — хаос, из одного порядка — порядок с другой структурой, с третьей и т.д.

Эти два начала - хаос и порядок — вступают между собой в сложные неравновесные отношения, и пока парадоксальным образом неравновесная система находится в некотором равновесии, она живет и развивается.

Нелинейность системы означает наличие в ней множества путей ее эволюции. Если изменение параметров системы в сторону хаоса или наоборот, порядка превышает некий критический пре­дел и система становится все более неравновесной, то в конце концов она становится перед «проблемой выбора», т.е. система подходит к точке бифуркации, к развилке пути. После прохождения этой точки режим жизнедеятельности системы качественно меняется: чтобы не погибнуть, система структурируется по-другому. Постепенно она опять обретает относительное равновесие и устойчивость. Здесь речь идет именно об относительном, весьма зыбком равновесии, ибо синергетическая точка зрения на процессы, происходящие в природе и мире в целом, характеризуется признанием неустойчивости и нестабильности в качестве фундаментальных характеристик мироздания.

Синергетика различает два типа систем — дискретные и жесткие.

Дискретные системы состоят из более или менее однородных и сравнительно взаимо-независимых, автономных элементов, объединяемых только общим отношением к среде. В биологии, например, это системы клеток однородных тканей.

Жесткие системы — это иерархические системы, в них изменение одного элемента влечет за собой изменения остальных частей системы. В таких системах элементы разнородны, соподчинены друг другу и теснейшим образом связаны. В биологии это такие органы, как сердце, мозг, любая отдельная клетка организма и весь организм в целом. В социальной сфере это иерархические общества. Наблюдение жестких систем в биологии показывает, что основной путь построения жизни и главный способ повышения ее организации связан с жесткими системами. При этом очевидно, что необходимы оба типа систем — каждый на своем месте.

Тесная внутренняя связанность элементов жесткой системы делает их (в отличие от дискретных систем) уязвимыми в случае выпадения хотя бы одного звена, поэтому они не способны к комбинаторике и выработке собственных элементов. Когда система начинает деградировать, выход для нее состоит в смене способа структурирования.

Поэтому можно сделать вывод: чем сложнее система, тем более многочисленными оказываются факторы, которые играют роль в самоорганизации.

Итак, фундаментальность физического познания как основы естествознания проявляется через актуальность теорий и концепций: квантово-релятивистской картины мира; субстанциальной и релятивистской концепций пространства и времени; принципов детерминизма; концепции дополнительности, типизации системности в физическом познании (простые, сложные, синергетические — саморазвивающиеся) и др. Их решение актуализирует онтологические, эпистемологические основы физики и естественно-научного синтеза в целом.

Философское значение синергетики.

Синергетикой называется современная междисциплинарная естественнонаучная теория самоорганизации. Говоря точнее, это несколько пересекающихся теорий в различных областях знаний о природе. Исторической предпосылкой синергетики стало развитие исследований в сфере химической термодинамики, а основной областью ее современных приложений является физическая химия. Ядро синергетики составляет термодинамика неравновесных процессов и ее обобщение, которой И. Пригожин назвал теорией диссипативных структур. Существенную роль в синергетике играет теория колебаний и волн. Синергетику определяют также как физику открытых систем. Сегодня идеи синергетики используются почти во всех областях науки, и сама синергетика претендует на роль новой парадигмы (греч. paradeigma – пример, образец) естествознания и всей современной, постнеклассической науки.

Синергетика тесно связана с другими современными науками о сложных системах – кибернетикой и общей теорией систем. Само понятие открытой системы возникло в общей теории систем, а понятие самоорганизации – в кибернетике. Но другие науки о сложных системах имеют математический характер, а синергетика изучает их с содержательной, физической стороны. Кроме того, кибернетика и ОТС исследуют в основном процессы гомеостаза, т. е. поддержания равновесия в системе, а синергетика изучает, наоборот, состояния сильной неравновесности. Кибернетика рассматривает самоорганизацию в основном как деятельность управляющих центров системы, а синергетика делает акцент на стихийной самоорганизации. Примечательно, что кибернетика также представляет собой междисциплинарную комплексную теорию, и сейчас уже утратила самостоятельное значение, а наработанные в ней идеи вошли в другие области науки. Возможно, такая судьба ожидает и синергетику.

Центральная идея синергетики – возможность спонтанной самоорганизации, т. е. – возникновения новых или усложнения существующих внутренних структур, по общим законам в материальных системах любой природы, живой, неживой и социальной. Главными условиями самоорганизации считаются 1) значительная удаленность системы от равновесия, внутреннего или с окружающей средой; 2) открытый характер системы, т. е. дрейф энергии, вещества, магнитные, финансовые, информационные и др. потоки через систему; 3) взаимодействие между частями системы.

В философском отношении синергетика примыкает к диалектике, т. к. 1) признает самодвижение свойством всей материи. По словам И. Пригожина, “Материя – более не пассивная субстанция, описываемая в рамках механической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность. Отличие нового взгляда на мир от традиционного столь глубоко, что мы можем с полным основанием говорить о новом диалоге человека с природой”; 2) синергетика признает качественные скачки и подчеркивает их роль в развитии систем (они описываются, в частности, математической "теорией катастроф" Р. Тома). 3) Синергетика, как и диалектика, признает необратимость всех реальных процессов; 4) оба этих направления признают единство и взаимопереход необходимости и случайности, а также 5) единство причинных и непричинных форм связи явлений; 6) синергетика и диалектика равно стремятся отразить действительность во всей ее полноте, а не в рамках идеализаций (в диалектике это называется принципом конкретности истины).

Но в последние десятилетия диалектика подвергается критике из-за ее исторической связи с марксизмом. Поэтому встречаются попытки представить синергетику как принципиально новую парадигму мышления и систему мировоззрения. При этом часто преувеличивают значение случайности и хаоса, фактически "подгоняя" синергетику под философский релятивизм. На самом деле бифуркации и флуктуации ответственны только за выбор альтернатив развития в рамках, определенных общим состоянием системы. Сам же набор возможных направлений дальнейшего развития системы отнюдь не случаен. И главным содержанием синергетики являются именно законы превращения хаоса в порядок.

Синерге́тика (от др.-греч. συν- — приставка со значением совместности и ἔργον «деятельность»), или теория сложных систем[1] — междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации[2]. Синергетика является междисциплинарным подходом, поскольку принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же безотносительно природы систем, и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные. В отдельных случаях образование новых структур имеет регулярный, волновой характер, и тогда они называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

Феномен появления структур часто трактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного — к сложносоставному и более совершенному. С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций, подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т. д. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды. Аналогичным образом, и расширительное толкование применимости методов синергетики также подвергается критике[3].

Синергетика (от др.-греч. совместная деятельность) — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «…Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…» Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же (безотносительно природы систем), и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат. С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе.

Синергетика и самоорганизация

В определенной части своего смысла синергетика и такие понятия как самоорганизация, саморазвитие и эволюция имеют общность, которая позволяет указать их все в качестве результатов синергетического процесса. В особенности самоорганизация устойчиво ассоциируются сегодня с синергетикой. Однако такие ассоциации имеют двоякое значение. С одной стороны, эффект самоорганизации является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих синергетику, с другой — именно этот компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

Не только результаты, а и условия, причины и движущие силы самоорганизации имеют альтернативы. Так, в рассмотрении И. Р. Пригожина применительно к диссипативным структурам речь идет о когерентной самоорганизации, альтернативой для которой является континуальная самоорганизация индивидуальных микросистем, разработанная и предложенная А. П. Руденко. Главным достоинством «континуальной» самоорганизации, предложенной А. П. Руденко, является то, что именно такой подход позволяет провести рассмотрение связи самоорганизации и саморазвития. В соответствии с развитыми взглядами сущность прогрессивной эволюции состоит в саморазвитии континуальной самоорганизации индивидуальных объектов. Показывается, что способностью к саморазвитию и прогрессивной эволюции с естественным отбором обладают только индивидуальные микрообъекты с континуальной самоорганизацией и что именно прогрессивная химическая эволюция способна быть основанием для возникновения жизни.

Итак, исходя из существующих традиций, опираясь на основополагающий замысел Г. Хакена и ранее приведенную мною формулировку, можно предложить следующее определение:

СИНЕРГЕТИКА — (от греч. synergetikos — совместный, согласованно действующий) — научное направление, изучающее процессы образования и массовых (коллективных) взаимодействий объектов (элементов, подсистем): (1) происходящие в открытых системах в неравновесных условиях; (2) сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой; (3) характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимосодействием и (4) имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, также эволюцию систем.

Расширенная формулировка, включающая «нефизическое» содержание:

Представляется целесообразным отклонится от стремления к определению именно синергетики и констатировать то, чем реально занимаются специалисты в связи с исследованиями по синергетике. В связи с этим предлагается следующее определение:

Синергетическая концепция самоорганизации

Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым, множественно–дискретным) обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с ее окружением. Конкретная система погружена в среду, которая является также ее субстратом.

Среда — совокупность составляющих ее (среду) объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие — контактное взаимодействие. Среда объектов может быть реализована в физической, биологической и другой среде более низкого уровня, характеризуемой как газоподобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие — полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.)

Различаются процессы организации и самоорганизации Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям). (Организация, в отличие от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.)

Результатом самоорганизации становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем) более сложных в информационном смысле, чем элементы (объекты) среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.

Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую «погружена» система.

Поведение элементов (подсистем) и системы в целом, существенным образом характеризуется спонтанностью — акты поведения не являются строго детерминированными.

Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду.

Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.

Приведенное развернутое определение является если и не вполне совершенным, то все–таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.

О соотношении синергетики и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения.

Заключение (общенаучный и общественный контекст синергетики)

Всякое новое начинается как ересь – И кончается как ортодоксия.