Синергетический и гомеостатический подходы

Системный подход или системные принципы и концепции для сложных нелинейных и самоорганизующихся систем в последнее время связывают с развитием синергетики [34.35,38,44,49,50].

Синергетический подход представляет собой новый важный метод научного познания, переосмысливающий роль случайных факторов, открывающий новые возможности для анализа воздействия этих факторов, переосмысливающий роль организации и хаоса в природе и обществе. Случайные факторы в природе и обществе ранее должным образом не учитывались. Это являлось следствием того, что со времен Ньютона в науке господствовал принцип детерминизма, предполагающий, что каждое следствие имеет вполне определенную причину. Случайности, в большинстве случаев, в силу принципа детерминизма, отводится роль помехи и шума, а неопределенность при анализе и решении сложных задач является лишь следствием недостатка информации. На самом деле наряду с одним как бы существует и другой мир, который основан на закономерностях случайности и неопределенности, и в этом мире порядок и хаос взаимосвязаны и порождают друг друга.

Синергетический подход позволил науке высветить новые грани феномена самоорганизации и внутреннего развития системы. Он позволил по-новому взглянуть на роль хаоса в природе и обществе.

С точки зрения синергетики хаос – это не только стадия полной дезорганизации и разрушения какой-либо структуры, процесса или явления, но также и необходимое условие для зарождения нового процесса, это потенциальный источник нового развития более сложной и более высокоорганизованной системы.

Синергетический подход или синергетика сегодня представляет своего рода системный подход к сложным открытым нелинейным системам с ее понятиями неустойчивости, неравновесности, бифуркации, катастрофы, самоорганизации, диссипации, аттрактора и др. Синергетика как наука о нелинейности и о самоорганизации систем обогатила понятийный аппарат системного подхода к сложным открытым нелинейным системам.

Синергетика основывается на исследовании феномена самоорганизации. Развитие самоорганизующейся системы всегда определяется флуктуациями, которые трудно предвидеть, но они внутренне присущи системе. Хотя синергетика возникла в рамках естественных наук, она не менее важна и для исследования социальных и экономически к процессов, происходящих в обществе, которые являются в высокой степени сложными, нелинейными системами, т.е. синергетическими.

В основе синергетической методологии лежит наличие спектра путей эволюции сложных систем: неоднозначность будущего, разветвление путей дальнейшего развития. Политические, экономические, социальные системы как нелинейные имеют не один-единственный, а несколько альтернативных путей эволюции. Возникает управленческая задача выбора гармоничного пути в будущее. Необходимо понять, кап через управление способствовать собственным тенденциям и как выводить системы на эти рациональные пути развития, причем стараться попадать в резонанс с ними, а не насиловать внешним вмешательством. Для эффективного управления нелинейными системами, управляющее воздействие следует согласовать с внутренними свойствами этих систем, с тем, чтобы сделать его по возможности резонансным. Тогда потребуется сравнительно слабое управляющее воздействие. При резонансном воздействии внешнего управляющего сигнала на систему важна не сила (величина) управляющего воздействия, а правильная пространственная организация (топология). Такой peзонансный подход к управлению нелинейными системами, изучаемы» синергетикой, носит универсальный характер. Новые способы эффективного управления сложными нелинейными системами открывает принцип самоорганизации систем.

Как правило, самоорганизация системы обусловлена тенденцией движения системы от одного неравновесного состояния к другому, сопровождаемого понижением энтропии, повышением негэнтропии и организованности системы. В нелинейных системах из-за положи­тельной нелинейной обратной связи происходит лавинообразное, а не экспоненциальное нарастание процесса. В точках бифуркации начи­няется ветвление возможных путей развития системы и поэтому труд­но осуществить прогноз, по какому пути пойдет будущее развитие сложных систем.

Необходимо осознать конструктивную роль хаоса в эволюции систем. Хаос остается как один из возможных путей эволюции в откры­тых нелинейных средах и системах.

На практике не бывает ни абсолютного хаоса, ни абсолютного порядка. Эти ситуации являются предельными и теоре­тическими, а любая реальная система пребывает в некотором про­межуточном состоянии. Хаос и порядок могут непрерывно трансфор­мироваться друг в друга при изменении параметров системы.

Возник­новение порядка из хаоса — одно из основных положений синергетики.

Синергетика основывается на представлениях о целостности мира, его нестабильности, возможности лавинообразного характера развития систем и неизбежности появления точек бифуркации, в которых выбор дальнейшего пути развития системы определяется случайными функ­циями.

В точке бифуркации малые или незначительные воздействия на сложную систему могут привести к существенным изменениям всей системы. Представление о роли малых возмущений в точках бифуркации является основой использования малых воздействий для нормализации собственных адаптивных структур сложной системы, например организма.

Наличие глубокой аналогии между процессами в естественных не управляемых извне и в управляемых извне системах позволяет приме­нить инвариантное многообразие в задачах управления различными нелинейными динамическими объектами. Упомянутая глубокая аналогия вытекает из фундаментальных законов природы.

Фундаментальные научные результаты в области исследования с тихийной самоорганизации в системах различной физической приро­ды получены в работах Г. Хакена, И. Пригожина и их учеников. Сти­хийный способ самоорганизации системы иногда называют причинным и способом самоорганизации. Стихийный, или причинный, способ организации нелинейной динамической системы недостаточен для эффективного применения идей синергетики в проблемах управления системой, так как при стихийном способе самоорганизации возникает непредсказуемое поведение системы. В отличие от стихийного (при­чинного) способа самоорганизации и непредсказуемого движения целевой, или управляемый, способ самоорганизации синтезируемых дина­мических систем подразумевает предсказуемое движение вдоль жела­емых инвариантных многообразий. Более пригодный для систем управления целевой способ самоорганизации исследован в работах А. Колес­никова. В этих работах не стихийная, а управляемая самоорганизация систем учитывает естественные физические, биологические, химические и прочие свойства объекта, явления при формировании желаемых инвариантных многообразий, вводимых в структуру синтезируемых систем.

Если сопоставить концепцию синергетики, развиваемую западной наукой, с традиционным восточным мировоззрением, включая медицину и философию, то можно увидеть смысловое сходство основных положений, касающихся представлений о целостности, например, гармонии, открытости, сложности и самоорганизации мира, хаоса как его основы, множества путей развития организма и целесообразности малых управляющих вмешательств при нарушении здоровья организма. Так, например, при тяжелой форме воспаления легких или при кровоизлиянии в мозг, или при высоком кровяном давлении находящийся у предела организм, как нелинейная система попадает в зону бифуркации, и дальнейшее развитие процесса трудно предсказать, так как может произойти либо выздоровление организма, либо летальный исход, либо заболевание перейдет в хроническую форму. Поэтому, когда болезнь находится в кризисной зоне, или, иначе, и зоне бифуркации, врачи не могут однозначно предсказать будущее развитие болезни и чем она кончится. В нашей повседневной жизни бифуркацию можно сравнивать с состоянием кризиса, когда достаточно незначительного толчка, чтобы резко изменить ход дальнейших событий.

Известно, что открытые системы с сильной нелинейностью скорей всего пульсируют. Они подвергаются естественным колебаниям развития: тенденции дифференциации сменяются интеграцией, разбегание - сближением, ослабление связей их усилением. По-видимому, мир идет к единству не монотонно, а через колебания или пульсации, посредством чередования распадов и объединений. Тенденция интеграции проявляет себя сегодня в странах Европейского сообщества. Путь все большей интеграции независимых государств в мировое сообщество и глобализации экономики в известной степени предопределен общесистемными закономерностями, изложенными в п.3.3. Еще раз отметим, что синергетика - это, по существу, новая концепция, основанная на свойстве самоорганизации нелинейных динамических систем различной природы.

Синергетические системы любой природы обладают следующими двумя фундаментальными свойствами,

1) обязательно обмениваются с внешней средой информацией, энергией и веществом;

2) между элементами (компонентами) системы обязательно согласовано взаимодействие, т.е. имеется когерентность (согласованность) поведения элементов системы.

В синергетических процессах происходит стихийное изменение управляющих параметров, что позволяет изучить свойство самоорганизации нелинейной системы. Для изучения самоорганизации системы меняются управляемые параметры более или менее непредсказуемым образом. Синергетика как наука, изучающая поведение нелинейных динамических систем вдали от положения равновесия, при изменении некоторых управляющих параметров, наиболее близка по своей идеологии к теории управления. Синергетика пока еще не построила единой теории нелинейных динамических систем, поэтому в зависимости от конкретных свойств предметной области, той или иной науки, синергетический подход приобретает свои отличительные особенности и содержание. В будущем синергетика может позволить создать своего рода метаязык системного или целостного понимания различных при­родных и технических явлений на основе единой научной концеп­ции.

Сходные с синергетикой задачи ставят перед собой системные исследования. В чем же заключается различие между ними, что нового вносит синергетика? Помимо различий, у синергетики (и других теорий самоорганизации) и системных исследований есть и общее. Их объединяют принципы системности, развития, изоморфизма, типология систем. Как уже отмечалось выше, синергетика впитала в себя все значимые для исследования процессов самоорганизации теоретические и методологические выводы системных исследований.

Сформулированные положения составляют основу нового мировидения и идеологии, которую имплицирует синергетика. Эта идеология, получена из знания законов эволюции, самоорганизации и самоуправления сложных систем,

Подведем некоторые выводы, связанные с синергетикой.

1. Синергетика может быть использована как основа междисциплинарного синтеза знания, как основа для диалога естественников и гуманитариев, для кросс-дисциплинарной коммуникации, диалога и синтеза науки и искусства, диалога науки и религии.

2. Синергетика может обеспечить новую методологию понимания путей эволюции социальных систем, причин эволюционных кризисов, угроз катастроф, надежности прогнозов и принципиальных пределов предсказуемости в экологии, экономике, социологии, геополитике. Синергетика дает нам знание о конструктивных принципах коэволюции сложных социальных систем, коэволюции стран и регионов, находящихся на разных стадиях развития. Поэтому синергетика может стать основой для принятия обоснованных решений и предсказаний в условиях неопределенности, стохастических потрясений, периодической реорганизации геополитических структур.

Синергетика открывает принципы нелинейного синтеза:

· наличие различных, но не каких угодно, способов объединения структур в одну сложную структуру;

· значение правильной топологии, «конфигурации» объединения простого в сложное;

· объединение структур как разных темпомиров;

· возможность - при правильной топологии объединения - значительной экономии материальных и духовных затрат и ускорения эволюции целого.

3. Будучи междисциплинарной по своему характеру, синергетика позволяет выработать новые подходы к обучению и образованию, к эффективному информационному обеспечению различных слоев общества. Естественнонаучное образование гуманитаризируется, а гуманитарное становится невозможным без новых естественнонаучных, нелинейных математических методов исследования. Новые информационные технологии становятся необходимыми в образовании.

4. Методология нелинейного синтеза, основанная на научных принципах эволюции и коэволюции сложных структур, может лечь в основу проектирования различных путей человечества в будущее.

В таблице 4.1 представлен сравнительный анализ системных исследований и синергетического подхода.

Гомеостатический подход к живым организмам, к техническим, общественным, социальным, экономическим системам обеспечивает жизнеспособность и выживаемость при действии на них различных внешних и внутренних возмущений.

Гомеостатические (жизнеспособ­ные) системы наиболее эффективны для функционирования в слож­ных условиях при наличии значительных внешних и внутренних воз­мущений.

Любая техническая, экономическая, экологическая, социальная система содержит жизненно важные параметры, нарушение которых приводит либо к гибели системы, либо к потере устойчивости и живу­чести. Для человека – это кровяное давление, содержание сахара в крови, температура, состояние иммунной системы и т.п. Для эконо­мики – уровень инфляции, уровень безработицы, обеспечение прожиточного минимума и т.п.

Гомеостаз определяет механизмы управления для поддержания основных жизненных параметров в допустимых пределах.

Гомеостатические принципы и механизмы управления яв­ляются наиболее эффективными также при реформировании техни­ческой, экономической, политической, социальной систем. Гомеостатические модели позволяют определить условия деградации организма и общества и позволяют найти способы борьбы с возможной дегра­дацией.

Синергетика изучает неравновесные нелинейные системы, т.е. системы, находящиеся вдали от состояния равновесия, или гомеостазиса, когда небольшие внешние или внут­ренние флуктуации в точке бифуркации могут перевести нелинейную систему в новое состояние.

В отличие от синергетики гомеостатика изучает системы, находя­щиеся в равновесии за счет управления жизненно важными параметрами системы в допустимых пределах.

Таблица 4.1. Соотношение системных исследований и синергетики

Системные исследования (общая теория систем, системный анализ, системный подход)	Синергетика
1. Акцент делают на статике систем, их морфологическом и, реже, функциональном описании	1. Акцентирует внимание на процессах роста, развития и разрушения систем
2. Придают большое значение упорядоченности, равновесию	2. Считает, что хаос играет важную роль в процессах движения систем, причем не только деструктивную
3. Изучают процессы организации систем	3. Исследует процессы их самоорганизации
4. Чаще всего, останавливаясь на стадии анализа структуры системы, абстрагируются от кооперативных процессов	4. Подчеркивает кооперативность процессов, лежащих в основе самоорганизации и развития систем
5. Проблема взаимосвязи рассматривается, в основном, как взаимосвязь компонентов внутри системы	5. Изучает совокупность внутренних и внешних взаимосвязей системы
6. Источник движения видит в самой системе	6. Признает большую роль среды в процессе изменения

Определение 4.16. Устойчивостью конкретной системы иногда называют способ­ность этой системы самостоятельно поддерживать свой гомеостазис.

Определение 4.17. Стабильным состоянием системы называется состояние, при котором система устойчива.

При этом особое значение имеет, естественно, способность системы к поддержанию системного гомеостаза, т.е. к самосохране­нию. В этих условиях можно говорить о системной устойчивости и, соответственно, системной стабильности. В некоторых случаях утрата частичного гомеостазиса не только допустима, но становится единственным условием сохранения системного гомеостазиса. Слож­ные биологические, социальные, инженерные системы поддерживают свое существование именно за счет внутренних качественных пере­ходов, обеспечивающих адаптацию и развитие.

Системная устойчивость и стабильность, достигаемые при помощи механизма адаптации при нарушении частичного гомеостазиса, представляет собой динамическую устойчивость и стабильность.