Принципы синергетики

Синергетика — это междисциплинарное научное направление, предметом исследований которого являются процессы самоорганизации и распада в открытых нелинейных системах, а методом — принципы нелинейной теории систем.

Синегргизм – философская категория, означающая самосогласованное взаимодействие различных аспектов человеческого бытия, соответствующее устойчивому развитию.

Термин «синергетика» происходит от греческих слов syn — вместе и ergos — действие. Поэтому из всех взаимосвязанных направлений нелинейной науки синергетика в наибольшей степени пригодна для моделирования экономических, социальных и политических процессов.

Развитие методов синергетики продолжалось в течение XX в. понескольким первоначально малосвязанным направлениям:

• математика — теория особенностей и теория катастроф (А. Пуанкаре, X. Уитни, Р. Том, В.И. Арнольд), теория колебаний (Л.И. Мандельштам, А.А. Андронов);

• физика, химия, биология (И.Р. Пригожин и возглавляемая им Брюссельская школа);

• универсальные свойства явлений самоорганизации и неустойчивостей (Г. Хакен, автор термина «синергетика»);

• сверхбыстрые процессысамоорганизации и эволюции структур в нелинейных средах (СП. Курдюмов, Г.Г. Малинецкин, А.А. Самарский).

Сопоставим исходные методологические принципы классической науки и нелинейной теории систем (табл. 1).

Таблица 1

Исходные методологические принципы классической науки и нелинейной теории систем

Классическая наука	Нелинейная теория систем
Простота	Сложность
Редукционизм	Системность
Линейное приближение	Нелинейность
Лапласовский детерминизм	Индетерминистическая гипотеза Вероятностная революция

 

Основные понятия нелинейной теории систем - синергетики.

1  Принцип целостности: система — это целостный объект, который поддерживает свое существование и функционирует благодаря взаимодействию между элементами. Система обладает свойствамикоторых нет у элементов. Свойства системы — это свойства целого, а не элементов.

2  Элемент — неразлагаемый далее фрагмент системы.

3  Закон композиции — принцип объединения компонентов (взаимосвязь, взаимозависимость, взаимоотношения).

4  Границы системы — пределы действия закона композиции.

 

Рассмотрим более подробно существо базовых принципов синергетики.

• Принцип нелинейности. Аналитический аспект нелинейности относится к математике. Пример алгебраической нелинейно-квадратное уравнение. Возможна также и топологическая нелинейность (например, облако).

Однако существует порядковый аспект нелинейности — нарушение упорядоченности (например, кому-то иногда хочется пройти вне очереди). С нелинейностью мы встречаемся на каждом шагу, но часто этого не замечаем. Приведем пример. Возьмите лист бумаги толщиной 0,1 мм. Сложите его пополам по-раз, еще раз пополам и в третий раз пополам — всего 40 раз, не проводя подсчетов, попытайтесь угадать, какой толщины будет ваша стопка бумаги. Обычно называют один, два, иногда чуть больше сантиметров. И только грамотный математик назовет правильный ответ: 350 тыс. км, расстояние от Земли до Луны!

2. Принцип открытости. Система называется открытой, если она обладает источниками и стоками по веществу, энергии и/или информации. Открытость проявляется в пространстве, времени и в масштабе.

Следствием открытости системы является невозможность ее полного формального описания. Отмечая это парадоксальное свойство открытости, И. Пригожин писал: «То, что полностью контролируемо, никогда не бывает вполне реальным. А то, что реально, не бывает вполне контролируемым».

Наиболее известный пример открытых систем — живые организмы. Открытой системой является и биосфера: она активно взаимодействует с космической средой, прежде всего с Солнцем.

3. Принцип когерентности (cohaerentia на латыни означает связь, сцепление). Функция когерентности в самоорганизующихся системах состоит в корреляции, согласованном взаимодействии элементов. Аналитический аспект когерентности проявляется в эффекте резонанса (известно правило: переходя мост, взвод солдат не должен идти в ногу). Качественный аспект связан с кооперативностью происходящих в системе процессов (пример — лазер), а субстанциональный — с доминированием процессов согласования.

Следствие когерентности — это часто проявляющееся в самоорганизующихся системах свертывание сложности.

Перейдем к разбору фундаментальных свойств самоорганизующихся систем, которые изучает синергетика.

1. Необратимость времени. Л. Больцман обратил внимание на связь необратимости с вероятностью. Известен принцип А. Эддингтона: если что и определяет направление стрелы времени, так это закон возрастания энтропии. Рост энтропии во всех реальных процессах составляет содержание II начала термодинамики.

Если II начало термодинамики определяет первый барьер, делающий невозможным обратный ход времени, то вторым барьером являются эффекты нелинейности. Эти эффекты определяют неопределенность будущего. Во многих реальных случаях прогноз поведения системы оказывается возможным на основании линейной аппроксимации, но с течением времени этот прогноз становится все более неопределенным — сказываются эффекты нелинейности.

Между прочим, эта качественная неопределенность будущего — предпосылка человеческой культуры и творчества. В мире, в котором все было бы заранее предопределено, не осталось бы места ни для творчества, ни для культуры.

2. Бифуркационный характер эволюции. Бифуркация — это точка спонтанного ветвления возможных путей эволюции (на латыни bifurcus означает раздвоенный). После прохождения точки бифуркации система может перейти в состояние аттрактора, отличающееся тем, что малые отклонения от равновесия автоматически подавляются за счет обратных связей. Аттрактор — это устойчивое состояние эволюционирующей системы, которое «притягивает» все другие паттерны (attractia означает притяжение).

Бифуркационный характер эволюции приводит к необходимости нового понимания детерминизма. В момент прохождения точки бифуркации за ее порогом существует спектр альтернативных виртуальных сценариев эволюции. Этот свет из будущего позволяет заранее оценивать последствия принятых решений.

Приведем пример. После войны потребовалось значительно поднять производство хлопка. В этом нуждалась, в частности, военная промышленность: хлопчатник шел на солдатскую форму, на парашюты, на приготовление порохов. Хлопок производили в Средней Азии. Чтобы поднять его производство, расширили ирригационную систему, питаемую водами Амударьи. Урожаи сразу резко выросли. Хлопководы получили премии и награды.

Но через несколько лет началось засоление почвы вокруг ирригационных каналов, и урожаи упали. Чтобы исправить положение, стали тянуть новые нитки каналов. Так продолжалось до тех пор, пока не оскудели воды Амударьи, а в результате не превратился в безжизненную пустыню ранее благодатный край Аральского моря. Посмотрите на географическую карту — это море почти исчезло.

Можно ли было принять другое решение, если бы те, кто его принимал, вглядывался в альтернативные паттерны? Безусловно. Надо было бетонировать стенки каналов, использовать дождевальные установки, подводя к растениям столько воды, сколько им было нужно, а не насыщать ею мертвые пески. У этого пути были недостатки: требовались дополнительные расходы, урожаи росли бы не так быстро и поток наград не был бы столь обильным. Но зато на планете сохранилось бы замечательное море — Арал.

3. Принципы динамизма системы: ее структура является динамической категорией. Напомним в этой связи открытие Н.Д. Кондратьевым волн экономической конъюнктуры. Умирая, император Александр III завещал своему наследнику делать все возможное, чтобы препятствовать экономическим и социальным переменам, которые были насущно необходимы. И Николай II в течение всех 23 лет своего царствования делал все от него зависящее, чтобы не допустить реформ, он шел на вынужденные уступки лишь под ударами волн революции. Результат его правления хорошо известен.

Но ситуация может складываться и иначе. Получив пост генерального секретаря партии, М. Горбачев понимал необходимость реформ. Однако начатая им перестройка проводилась по принципу «процесс пошел», без ясного плана. Результат тоже известен.

Затем за реформы взялась команда Б. Ельцина и Е. Гайдара. Эти действовали в соответствии с четкими программными установками. Беда в том, что эти установки были спущены им из-за рубежа. В итоге заказчики реформ получили многочисленные выгоды. Россия проиграла.

Ни один из правителей России — ни Николай II, ни Горбачев, ни Ельцин — не знали науки о самоорганизующихся системах. Впрочем, Гайдар мог бы и знать. Но он руководствовался иными принципами.

4. Режим с обострением. Возможны ситуации, когда стоки преобладают над источниками или наоборот источники над стоками. Такая ситуация типична для демографии — здесь возможны три случая:

1) рождаемость больше смертности;

2) смертность превышает рождаемость;

3) между рождаемостью и смертностью установилось равновесие.

После второй мировой войны во многих странах сложилась ситуация, соответствующая первому случаю. Проанализировав рост численности человечества как целостной самоорганизующейся системы, С.П. Капица получил простую аналитическую зависимость: скорость прироста численности во все времена оказалась пропорциональной квадрату численности. Это был очень надежный результат, так как опирался на обобщение большого объема эмпирической информации.

Решение соответствующего квадратичного уравнения имело вид гиперболы. А подстановка в него реальной цифры ежегодного прироста населения 1,73% давала тревожный результат: в 2030 г. кривая численности населения планеты уходила вертикально вверх, т.е. стремилась к бесконечности. Это и был типичный случай режима с обострением.

Реально, разумеется, это не могло случиться, должен был произойти демографический переход к другому режиму, скорее всего к стабилизации численности населения. Но оставался вопрос, какие механизмы обеспечат переход: войны и эпидемии, на которые 300 лет назад возлагал надежды Томас Мальтус, первым исследовавший эту проблему, или что-то еще.

В жизни все оказалось проще: в последних десятилетиях XX в. женщины отказались рожать. В большинстве развитых стран коэффициент фертильности — число детей, приходящееся на одну женщину в детородном возрасте, — упал до 1,2-1,3. А для простого воспроизводства численности населения необходимо его значение было немного больше 2. Коренное население европейских стран стало сокращаться. Но требовалась рабочая сила — и увеличился поток эмигрантов, людей, как правило, иной этнической идентичности и конфессиональной принадлежности. К каким это в конечном счете привело проблемам, мы хорошо знаем.

Еще хуже обстоит дело в России. По оценкам ООН, к середине XXI в. нас останется всего 100 млн. Этого не хватит, чтобы поддерживать нормальную хозяйственную жизнь на огромных географических просторах страны. Единственным выходом станет привлечение рабочих рук из-за рубежа. Вопрос в том, каких и с какими последствиями.

На рубеже XX-XXI вв. демографический переход начался во многих странах мира. По мнению специалистов по демографии, к середине XXI в. численность населения планеты стабилизируется на уровне 10-12 млрд. человек.

Но если с демографическими проблемами нам как будто не приходится ожидать проблем, связанных с переходом в режим с обострением, то ситуация с проблемами экологическими может оказаться взрывоопасной. Академик Н.Н. Моисеев предупреждал, что катастрофа может наступить уже к середине XXI в., причем так быстро, что у нас уже не останется времени, чтобы принять какие-то спасительные меры. Режим с обострением в этой ситуации вполне реален.

Но бывают и парадоксальные случаи подобных режимов. В XV-XVI вв. после великих географических открытий в Испанию хлынул почти нескончаемый поток золота. В хозяйственной жизни возникла ситуация, когда поступление финансовых средств значительно превышало возможности их использования. По мнению известного экономиста В. May, это превышение источников над стоками послужило одной из причин кризиса, в результате которого Испания быстро утратила роль одного из мировых лидеров.

5. Новое понимание будущего. В состоянии перехода социальной системы в бифуркационный режим ее современное положение начинает освещаться светом из будущего: хотя подчас и сквозь туман неполноты нашего знания, но все же проступают контуры альтернативных виртуальных сценариев эволюции. Это следует понимать так, что будущее влияет на настоящее. Классическое понимание исторического процесса заключается в утверждении, что будущий ход событий целиком и полностью определяется предысторией. Синергетика позволяет по-новому увидеть эту ситуацию: будущее может играть не менее значительную роль.

Как показывает анализ, большинство виртуальных сценариев ведет в тупик. Существует только узкий коридор, развиваясь в границах которого социальная и экономическая система может эволюционировать в оптимальном направлении. Как определить границы этого коридора?

6. Принцип подчинения (в англоязычной литературе используется более жесткий термин slaving principle — принцип порабощения). Ключевая концепция синергетики — параметры порядка, или подчинения. Это безразмерные коэффициенты, которые в основных чертах определяют поведение системы.

Приведем пример. Существуют надежные статистические данные, связывающие уровень благосостояния страны с энергопотреблением в расчете на душу населения. В европейских странах для удовлетворения базовых потребностей (достаточный уровень доходов, жилье, медицинское обслуживание, возможность дать детям образование идр.) достаточно 5-10 кВт.

Этот коэффициент зависит от размеров страны и от климатических условий. Поэтому для США необходимо около 10 кВт, а для Японии — 5 кВт. Что касается России, которая является самой холодной страной в мире, то для достижения западных стандартов качества жизни нам необходимо поднять среднедушевое потребление энергии с современных 7 кВт примерно до 17 кВт.

Бифуркационный характер эволюции выражается, в частности, в том, что число подобных параметров порядка, определяющих развитие социальной системы, обычно не очень велико, в типичном случае не больше 10. Острые на язык физики называют эти самые главные параметры джокером — это термин игры в карты, означающий карту, которая бьет все остальные. Именно здесь скрыт секрет ответа на вопрос, который поставлен в конце п. 5.

В истории России бывали случаи, когда ситуация складывалась именно таким образом. В 1917 г. Временному правительству, чтобы удержать власть, необходимо было решить всего три вопроса. Это вопросы о земле, о мире и о сохранении армии. Но вместо того, чтобы безотлагательно взяться за дело, новые правители России потопили его в пустой болтовне. Результат известен.

Такая же триада проблем стоит и перед современной Россией. Это подъем промышленного производства — социальное обеспечение — национальная безопасность. Пути решения этих задач известны — достаточно посмотреть на опыт Китая. Но решаются эти задачи пока неудовлетворительно.

7. Фундаментальное значение случайностей. В этом вопросе синергетика также совершенно расходится с классикой, которая не придает весомого значения слабым факторам и случайным событиям. Причина расхождения состоит в том, что в точке бифуркации социальная система утрачивает устойчивость, обратные связи, сообщающие ей стабильность, перестают работать.

Представим себе, что в 1914 г. в Сараево револьвер Гаврило Принципа дал осечку, и эрцгерцог Франц-Фердинанд остался жив. Первая мировая война не началась бы в 1914 г. Ее возникновение было исторически неизбежным, но полученная отсрочка изменила бы соотношение сил сторон. Для России, например, это было бы несомненным благом.

В 1917 г. после июльского выступления большевиков Временное правительство приняло решение об аресте Ленина, но министр юстиции Малянович тянул с его исполнением. А когда Савинков настаивал на этом, Керенский ответил ему, что революцию они начинали не для того, чтобы арестовывать революционеров. Скажись Ленин в заключении, вряд ли без его участия в октябре большевикирешились бы на государственный переворот.

У английского историка А. Тойнби есть два любопытных эссе из области виртуальной истории. В первом из них предполагается, что покушение на Филиппа Македонского оказалось неудачным. И тогда не состоялись бы походы Александра на Восток. Во втором эссе рассматривается ситуация, когда победа в пунических войнах досталась не Риму, а Карфагену. Дальнейший ход мировой истории в обоих случаях оказался бы во многих отношениях иным.

8. Законы темпоритма. Социальная система может состоять из разновозрастных систем. Такая ситуация сложилась в Индии, оказавшейся в XIX в. под властью Англии. Тогда же ранее независимые среднеазиатские государства вошли в состав Российской империи. Надо отдать должное правительствам и Англии, и России: они не торопили социальное развитие подвластных им народов, там сохранялись прежние феодальные властные структуры.

Иначе повели себя руководители Советского Союза. Возник специальный термин «новая историческая общность — советский народ». Где сегодня следы этой общности? По такому же пути пошло и руководство послевоенной Югославии. Печальный результат также хорошо известен.

Нарушение законов темпоритма известно и в экономике. Наиболее яркий его пример — «шоковая терапия» Гайдара. Л. Пияшева писала тогда, что пройдет два года, мы построим капитализм и будем жить не хуже, чем в Америке. И что сейчас?

9. Новое понимание свободы воли. Кошмар лапласовского детерминизма породил классическую формулу «свобода — это осознанная необходимость». Первым, кажется, ее употребил Барух Спиноза. А потом очень любили повторять правоверные марксисты-ленинцы.

Социосинергетика взамен этой классики предлагает другую формулу: свобода есть возможность выбора из альтернатив, но при одновременной ответственности за этот выбор.

Это весьма радикальное изменение понимания свободы. Подчеркнем особо его вторую часть — об ответственности за этот выбор. Ведь если свобода — это необходимость, то как можно требовать от человека ответственности за следование этой необходимости? Именно из этой логики рождалась этика социалистической революции: нравственным является все, что способствует ее победе. Об этом неоднократно говорили Ленин и Троцкий. Это была та нравственность, которая оправдывала сталинские репрессии.

Синергетика полностью меняет постановку этого вопроса, раньше этические принципы оставались системой, которые были органической частью социальной жизни, а вносились в извне, чаще всего вместе с религиозной догматикой, то теперь этические факторы становятся неотъемлемой и органической частью экономической и социальной политики.

В реальности, разумеется, decision makers — те, кто принимает решения, — сколь угодно часто нарушают эти требования. Но мы говорим о принципиальной, научной постановке вопроса.

10. Телеологический характер бифуркационного процесса эволюции. Такая постановка вопроса тоже необычна: классическая философия истории не знает проблемы целенаправленности исторического процесса. Из всего, что говорилось выше, становится ясно, что с точки зрения социосинергетики вполне уместно говорить о телеологическом содержании хода истории. Другое дело, что здесь отсутствует определенная однозначность: вероятны как тупиковые сценарии, так и устойчивое развитие. Но это в значительной степени уже вопрос выбора, который совершает исторический субъект.

Подводя итоги, необходимо отметить, что мировоззренческий переход от классики к нелинейному, или синергетическому, мышлению весьма радикально меняет наше отношение к экономическим и социально-политическим проблемам. Нелинейное мышление значительно расширяет методологические горизонты нашего познания реального мира. Оно может иметь немаловажное значение.