Основні поняття самоорганізації

 

Розглянуті вище концепції синергетики й самоорганізації формують загальний понятійний апарат і дозволяють виділити основні принципи синергетичного підходу до моделювання.

Найбільш істотний вплив синергетика зробила на поняття розвитку. Як правило, розвиток представляється необоротною, спрямованою, закономірною зміною матерії й свідомості, їхньою універсальною властивістю; у результаті розвитку виникає новий якісний стан об'єкта — його складу або структури. Ha наш погляд, у даному визначенні є положення, що бідують в істотному коректуванні. По-перше, необоротними є процеси зміни відкритих систем, і хоча таких більшість, все-таки існують і закриті системи, у яких відбуваються оборотні зміни. По-друге, у результаті розвитку змінюється не тільки структура системи, але і її поводження, функціонування. B системних і навіть деяких синергетичних визначеннях розвитку зазначені недоліки присутні, а його достоїнства нерідко не реалізуються.

Все різноманіття поглядів на розвиток можна представити у вигляді чотирьох груп. Перша група дослідників зв'язує розвиток з реалізацією нових цілей, цілеспрямованістю змін. Цей підхід реалізує кібернетика, у якій розвитку протиставляється функціонування, що відбувається без зміни мети. B синергетиці передбачається, що цілеспрямованість не є необхідною умовою, а тим більше атрибутом розвитку. Друга розглядає його як процес адаптації до навколишнього середовища, що також є лише його умовою — необхідним, але аж ніяк не достатнім. Третя група підмінює розвиток його джерелом — протиріччями системи. Четверта — ототожнює розвиток однієї з його ліній — прогресом, або ускладненням систем, або однієї з його форм — еволюцією.

Кількісна зміна складу й взаємозв'язків системи виражає поняття ріст і його темпи (отже, ріст не слід ототожнювати з розвитком, що характерно для багатьох економістів).

Розвиток може йти як по лінії прогресу, так і регресу, і виражатися в еволюційній або революційній формі.

Революція в теоріях самоорганізації одержала назву стрибка, фазового переходу або катастрофи. Важко погодитися з розповсюдженою точкою зору щодо еволюції системи, що ототожнюється або з розвитком, або з ростом системи, або з її прогресом і регресом, іноді й з усім перерахованим одночасно, або зі зміною, диференціацією, а у вузькому змісті - з кількісною зміною. Оскільки еволюція є формою розвитку, а останнє являє собою якісну зміну, було б нелогічно розуміти під еволюцією кількісну, поступову зміну (тим більше що кількісна зміна відбивається поняттям «ріст»), під еволюцією ми будемо мати на увазі поступальну, повільну, плавну, якісну зміну, а під революцією, як це й прийнято,- стрибкоподібну, швидку якісну зміну.

Постає також питання про співвідношення понять «організація», «розвиток» і базового для синергетики поняття «самоорганізація».

Під самоорганізацією розуміється процес установлення в системі порядку, що відбувається винятково за рахунок кооперативної дії й зв'язків її компонентів і відповідно до її попередньої історії, що приводить до зміни її просторової, тимчасової або функціональної структури. Фактично, самоорганізація являє собою встановлення організованості, порядку за рахунок погодженої взаємодії компонентів усередині системи при відсутності впливів, що впорядковуються, з боку середовища. Це вимагає уточнення поняття «організація», вірніше, поділу на організацію як взаємодію частин цілого, обумовлену його будовою, що може бути задане як самою системою, так і зовнішнім середовищем, і організацію як підпорядкований вплив середовища, а також організацію як об'єкт такого впливу. B концепціях самоорганізації організація розуміється у двох останніх змістах.

Що стосується співвідношення понять розвитку й самоорганізації, то перше варто визнати більш широким, оскільки воно включає як організований вплив середовища, так і самоорганізацію; як прогресивні процеси (які в основному досліджують концепції самоорганізації), так і регресивні.

Щоб система була самоорганізованою, а отже, мала можливість прогресивно розвиватися, вона повинна задовольняти, принаймні, наступним вимогам:

- система повинна бути відкритою, тобто обмінюватися із середовищем речовиною, енергією або інформацією;

- процеси, що відбуваються в ній, повинні бути кооперативними (корпоративними), тобто дії її компонентів повинні бути погодженими один з одним; система повинна бути динамічної;

- перебувати вдалині від стану рівноваги.

Головну роль тут грає умова відкритості й нерівноважності, бо якщо вона дотримана, інші вимоги виконуються майже автоматично.

Системи і їхні компоненти піддаються флуктуаціям (коливанням, змінам, збурюванням), які в рівноважних, закритих системах гасяться самі по собі. B відкритих системах під впливом зовнішнього середовища внутрішні флуктуації можуть наростати до такої межі, коли система не має сил їх погасити. Фактично внутрішні флуктуації розглядаються в концепціях самоорганізації як нешкідливі, і тільки зовнішні впливи роблять більш-менш значимий вплив. Останнім часом до цього положення вносяться істотні корективи, що стосуються, зокрема, «природного добору» флуктуацій: щоб процеси самоорганізації мали місце, необхідно, щоб одні флуктуації одержували підживлення ззовні й тим самим мали перевагу над іншими флуктуаціями. Проте, і в цьому випадку недооцінюється роль у русі системи флуктуацій внутрішнього походження. Лише теорія катастроф указує на те, що стрибок може бути наслідком одних лише внутрішніх флуктуацій. Якщо в матеріалістичній діалектиці недооцінювалася роль середовища, то в концепціях самоорганізації - роль самої системи (і її підсистем) у її розвитку.

Останнім часом концепції самоорганізації стали відводити внутрішнім флуктуаціям більшу роль, ніж колись. Про це свідчить типологія флуктуацій, відповідно до якої розрізняються вільні коливання, вимушені й автоколивання.

До вільних відносять коливальні рухи, що поступово загасають у реальній системі (як загасають коливання вільно підвішеного маятника), що досягає, таким чином, стану рівноваги.

Вимушені флуктуації виникають при впливі на систему здійснюючого коливання зовнішньої сили (приміром, людину, що підштовхує маятник), у результаті якого система раніше або пізніше буде флуктуювати із частотою й амплітудою, що нав'язують зовнішнім впливом.

Автоколивання — це незатухаючі, самопідтримуючі коливання, що відбуваються в диссипативних (макроскопічних, відкритих, далеких від рівноваги) системах, тобто системах, що визначаються параметрами, властивостями й природою самої системи. Вмушені коливання й автоколивання характерні для відкритих систем, а вільні - для закритих, прагнучих до рівноваги.

Вплив на систему як зовнішніх, так і внутрішніх флуктуацій різних видів (включаючи резонансні із системою) заснований на дії двох ефектів: петлі позитивного зворотного зв'язку й кумулятивного ефекту.

Петля позитивного зворотного зв'язку уможливлює в далеких від рівноваги станах посилення дуже слабких збурювань до гігантських, руйнуючих сформовану структуру, хвиль, що приводять систему до революційної зміни — різкому якісному стрибку. Такий підхід може допомогти глибше розібратися в природі багатьох соціально-економічних процесів, включаючи економічний розвиток, економічні цикли, HTP і т.д. Кумулятивний ефект полягає в тім, що незначна причина викликає ланцюг наслідків, кожний з яких більш істотний. Нерідко він безпосередньо пов'язаний з петлею позитивного зворотного зв'язку.

Флуктуації, що впливають на систему, залежно від своєї сили можуть мати зовсім різні для неї наслідки. Якщо флуктуації відкритої системи недостатньо сильні (особливо це стосується флуктуацій керуючого параметра або підсистеми), система відповість на них виникненням сильних тенденцій повернення до старого стану, структурі або поводженню, що розкриває глибинну причину невдач багатьох економічних реформ. Якщо флуктуації дуже сильні, система може зруйнуватися. І, нарешті, третя можливість полягає у формуванні нової диссипативной структури й зміні стану, поводження й/або складу системи.

Кожна з описаних можливостей може реалізуватися в так називаній крапці біфуркації, викликаній флуктуаціями, у якій система випробовує нестійкість.

Множини, що характеризують значення параметрів системи на альтернативних траєкторіях, називаються аттракторами. B крапці біфуркації відбувається катастрофа — перехід системи від області притягання одного аттрактора до іншого. B якості аттрактора може виступати й стан рівноваги, і граничний цикл, і дивний аттрактор (хаос). Систему притягає один з аттракторов, і вона в крапці біфуркації може стати хаотичної й зруйнуватися, перейти в стан рівноваги або вибрати шлях формування нової впорядкованості.

Якщо система притягається станом рівноваги, вона стає закритою й до чергової крапки біфуркації живе за законами, властивим закритим системам. Якщо хаос, породжений крапкою біфуркації, затягнеться, то стає можливим руйнування системи, внаслідок чого компоненти системи раніше або пізніше включаються складовими частинами в іншу систему й притягаються вже її аттракторами. Якщо, нарешті, як у третьому випадку, система притягається яким-небудь аттрактором відкритості, то формується нова диссипативна структура — новий тип динамічного стану системи, за допомогою якого вона пристосовується до мінливих умов навколишнього середовища.

Наступ революційного етапу в розвитку системи — стрибка — можливо тільки при досягненні параметрами системи під впливом внутрішніх і/або зовнішніх флуктуацій певних граничних (критичних або біфуркаційних) значень. При цьому, чим складніше система, тим, як правило, у ній більше біфуркаційних значень параметрів, тобто тим ширше набір станів, у яких може виникнути нестійкість. Коли значення параметрів близькі до критичних, система стає особливо чутливою до флуктуацій: досить малих впливів, щоб вона стрибком перейшла в новий стан через область нестійкості. Нажаль, у синергетичних і системних дослідженнях не відзначена ще одна немаловажлива деталь: для стрибка системи в інший стан певних значень параметри повинні досягти не тільки самої системи, але й середовища.

Процеси, що відбуваються в крапці біфуркації, самоорганізації - виникнення порядку з хаосу, породжуваного флуктуаціями, змушують інакше глянути на роль, що виконується хаосом. Ентропія може не тільки зруйнувати систему, але й вивести її на новий рівень самоорганізації, тому що за періодом хаотичної нестійкості потрібний вибір аттрактора, у результаті чого може сформуватися нова диссипативна структура системи, у тому числі й більш впорядкована, ніж структура, що існувала до цього періоду. Таким чином, за певних умов хаос стає джерелом порядку в системі (так само, як і порядок у результаті його консервації неминуче стає джерелом росту ентропії). Періодична зміна порядку й хаосу, їхня безперестанна боротьба один з одним дають системі можливість розвитку, у тому числі й прогресивного.

Таким чином, із проведених досліджень понятійного апарата синергетики виходить:

- у процесі свого розвитку система проходить дві стадії: еволюційну (інакше називану адаптаційної) і революційну (стрибок, катастрофа);

- під час розгортання еволюційного процесу відбувається повільне нагромадження кількісних і якісних змін параметрів системи і її компонентів, відповідно до яких у крапці біфуркації система вибере один із можливих для неї аттракторів. B результаті цього відбудеться якісний стрибок і система сформує нову диссипативну структуру, що відповідає обраному аттрактору, що відбувається в процесі адаптації до змінюючихся умов зовнішнього середовища;

- еволюційний етап розвитку характеризується наявністю механізмів, які придушують сильні флуктуації системи, її компонентів або середовища й повертають її в стійкий стан, властивий їй на цьому етапі. Поступово в системі зростає ентропія, оскільки через накоплені в системі, а також у її компонентах і зовнішнім середовищі змін здатність системи до адаптації падає й наростає нестійкість. Виникає гостре протиріччя між старим і новим у системі, а при досягненні параметрами системи й середовища біфуркаційних значень нестійкість стає максимальною й навіть малі флуктуації приводять систему до катастрофи стрибку;

- на фазі стрибка розвиток здобуває непередбачуваний характер, оскільки він викликається не тільки внутрішніми флуктуаціями, силу й спрямованість яких можна прогнозувати, проаналізувавши історію розвитку й сучасний стан системи, але й зовнішніми, що вкрай ускладнює, а то й унеможливлює прогноз. Іноді висновок про майбутній стан і поводження системи можна зробити, виходячи з «закону маятника» — стрибок може сприяти вибору аттрактора, «протилежного» минулому. Після формування нової диссипативної структури система знову вступає на шлях плавних змін, і цикл повторюється.