Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.1.Концепция самоорганизации материи
Первые идеи самоорганизации в отдельных науках четко начали проявляться в XVIII веке. В первую очередь они связаны с основоположником классической политэкономии Адамом Смитом (1723-1790). В его работе «Исследование о природе и причинах богатства народа» описан механизм спонтанного образования порядка из хаотичных, часто противоположных стремлений отдельных людей, при котором устанавливается равновесие между спросом и предложением.
Так, продавец желает продать свой товар подороже, а покупатель купить подешевле. Если продавец назначит слишком высокую цену, то его товар никто не будет покупать. Если же цена будет слишком низкой, то продавец будет получать маленький доход, и, кроме того, ему это не позволят сделать другие продавцы. Таким, образом, из хаотичного поведения каждого отдельного человека на рынке «невидимой рукой» устанавливается определенный порядок. Может создаться впечатление, что всем этим процессом руководит кто-то извне. Однако, это обманчиво – система сама за счет своих внутренних элементов при их большом количестве создает условия для регуляции.
Подобные мысли высказывались шотландскими моралистами, которые на основе подобных подходов описывали становление нравственности. Нормы морали не устанавливаются кем-то приказным порядком, а формируются медленно на основе опыта и жизнедеятельности людей. Причем при изменении внешних условий постепенно меняются и эти нормы.
Следует особо подчеркнуть, что идеи самоорганизации появились при исследовании общественных явлений. В настоящее время существует необоснованное мнение о том, что современные идеи самоорганизации не применимы в гуманитарных науках, поскольку были рождены в рамах строгих естественных наук, описываются математическим аппаратом, который связан с термодинамикой неравновесных систем (об этом более детально мы поговорим позже). Это заблуждение связано с тем, что рождение идей самоорганизации связывают с появлением их математического описания.
Конечно, первые идеи самоорганизации математически не обосновывались, но это связано не с тем, что они не применимы в гуманитарной области, а с тем, что в то время еще недостаточно был разработан математический аппарат.
В неживую материю идеи самоорганизации проникли через развитие термодинамики открытых неравновесных систем. В контексте неравновесной термодинамики появилась возможность объяснить образование сложных структур за счет взаимодействия системы с окружающей средой, при котором происходит выход системы из равновесия в неустойчивое состояние, в результате которого происходит образование новых структур. Главную роль при этом играет неравновесность. На всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуаций или микроскопический уровень, источником порядка является неравновесность. Неравновесность есть то, что порождает "порядок из хаоса".
Решение задач самоорганизации при взаимодействии с окружающей средой рассматривает синергетика (от греческого sinergeia –совместное действие), которая появилась в 70-х годах ХХ века и представляет собой междисциплинарное направление, претендующее на объяснение различных процессов самой разнообразной природы в едином аспекте с точки зрения взаимодействия и развития систем. Синергетика описывает возникновение согласованного (когерентного) поведения элементов, коллективных мод (поведение на масштабах больших по сравнению с размерами элементов), вырастающих из неравновесных флуктуаций, стабилизирующихся за счет обмена энергией с внешней средой. Не движение – перемещение в пространстве состояний, а возникновение новых структур, т.е. процесс рождения и становления нового качества, находится в центре рассмотрения синергетики.
На сегодняшний день к синергетике отношение неоднозначное. Некоторые ее рассматривают как некое веяние настоящего времени, которое в ближайшее время пройдет. Другая крайность состоит в том, что это чуть ли не новое мировоззрение, которое в ближайшем будущем заменит диалектику и вообще станет парадигмой нового картины мира.
На наш взгляд, здесь должна сработать «золотая середина», и синергетику мы рассматриваем как некое дополнение к диалектике, которое позволит более полно и глубоко описать окружающую нас действительность.
Семантической единицей синергетики является структура, объектом исследования служат самоорганизующиеся системы самого разного уровня сложности.
Понятие самоорганизующейся системы, было введено Хакеным в 1991 году: Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки.
Главными характеристиками таких систем выступают: открытость, избирательность внешней информации, нелинейность, диссипативность.
Открытость системы означает, что она должна обмениваться информацией с окружающей средой. Причем эта информация принимается самоорганизующейся системой избирательно – та информация, которая соответствует внутренней структуре системы ею принимается и вписывается во внутреннюю структуру системы, а та информация, которая структуре системы не соответствует, системой отвергается.
Важную роль в самоорганизующихся системах играет понятие точки бифуркации, под которой понимают такое состояние системы, при котором она находится как бы в точке развилки, и ее дальнейшая эволюция становится неоднозначной. Как правило, это происходит в момент поступления в систему новой информации. Это и есть особенность нелинейной системы, когда малейшее изменение начальных условий может кардинально отразится на всем последующем развитии системы. В точке бифуркации система не может быть описана строго детерминировано.
Диссипативность системы связана со своеобразным проявлением макроскопических процессов, которые протекают на микроуровне. Хаотичные, несвязанные между собой параметры отдельных микроскопических составляющих системы на макроуровне образуют определенный порядок. В системе наблюдаются, так называемые, параметры порядка – наиболее существенные свойства, которые определяют поведение системы в целом, но не могут определить характеристики ее отдельных составляющих. Например, хаотичное движение отдельных молекул при их огромном количестве дает определенные давление и температуру газа. Но эти параметры порядка системы могут дать только вероятностную информацию о движении отдельных молекул.
Возможность образования порядка из хаоса на основе диссипативности играет исключительно важную роль в эволюции материи и дает научное понимание качественных скачков, связанных с переходом к более организованной форме движения материи.
Важным фактором в исследовании самоорганизующихся систем любого уровня являются условия, способствующие их формированию. Эти вопросы решались еще в рамках системного подхода. П.К. Анохин отмечает, что обязательным положением для всех видов и направлений системного подхода является поиск и формулировка системообразующего фактора. Эта ключевая проблема определяет как само понятие системы, так и всю стратегию его применения в исследовательской работе. Под системообразующим фактором понимают все явления, силы, вещи, связи и отношения, которые приводят к образованию системы.
В рамках синергетического подхода отмечается, что внутренние силы – это системообразующий фактор, стремление элементов к устойчивости, сохранению, которое заставляет их перемещаться в оптимальную для этого нишу. К условиям образования самоорганизующихся систем относят:
Определенную степень концентрации элементов будущей системы, возникающую в результате их относительной изолированности.
Тождественность (общность) существенных признаков элементов будущей системы.
Комплементарность, взаимодополнение элементов.
Непрерывное поступление определенного количества энергии.
Относительное постоянство внешней среды системы
Каждое из указанных условий играет определенную роль при формировании самоорганизующейся системы.
Динамику развития и эволюцию самоорганизующейся системы можно представить как колебательный процесс.
Примем за начальное состояние системы устойчивое состояние, при котором отдельные параметры порядка системы взаимодействуют между собой, что, впрочем, и делает совокупность отдельных составляющих собственно системой. В таком состоянии открытая система может принимать информацию из окружающей среды.
За счет притока информации устойчивость системы снижается, она выходит из равновесного состояния, и в какой-то момент уже не может принимать новую информацию. Следующий процесс в системе связан с переработкой вновь поступившей информации и «вписыванием» ее в свою внутреннюю структуру. Именно в этот момент происходит внутренняя перестройка системы (точка бифуркации) и переход ее в иное качественное состояние. Надо отметить, что это только один из возможных вариантов. Может случиться так, что новая информация не изменит принципиально состояние системы, и она перейдет в другое устойчивое состояние без качественной перестройки. Другой вариант развития событий – вновь пришедшая в систему информация разваливает ее, и система прекращает свое существование.
Заранее предсказать, какой из вариантов реализуется, практически невозможно. Но, чем больше вновь поступившая информация соответствует внутренней структуре системы, тем больше вероятность, что система сохранит свое существование. но при этом мала и вероятность перехода системы в новое качественное состояние. Если же новая информация не вписывается в систему плавно, возможны три варианта: система информацию отторгает; система прекращает свое существование; система перестраивает свою внутреннюю структуру в соответствии с пришедшей информацией – акт самоорганизации.
Если реализовалась последняя возможность, система приходит в новое устойчивое состояние и цикл повторяется снова.
Особо следует подчеркнуть, что чем больше в системе составляющих элементов, тем у нее больше шансов перейти в новое качественное состояние, вписав в свою внутреннюю структуру вновь пришедшую информацию. Многообразие элементов системы обеспечивает ее устойчивость по отношению к внешним условиям окружающей среды.
Любую систему можно представить себе, как систему, состоящую из отдельных информационных блоков. При этом его устойчивость может характеризоваться количеством связей между отдельными информационными блоками. Будем называть коэффициентом связности системы отношение имеющихся связей к числу возможных связей между отдельными информационными блоками.
Допустим, в системе имеется 5 блоков информации. Между ними существует 8 связей из 10 возможных (рис.1). Тогда коэффициент связности будет равен 0,8.
Поскольку самоорганизующаяся система всегда является открытой, она постоянно обменивается информацией с окружающей средой. Если в вышеуказанную систему ввести шестой блок информации, в первый момент он не будет связан с другими информационными блоками. Но число возможных связей возрастет до 15 (рис.2). В результате коэффициент связности снизится до 
0,53. Таким образом, введение новой информации в первый момент ведет к уменьшению устойчивости системы.
.
Дальнейшая судьба системы зависит от того, смогут ли образоваться связи между вновь введенным и имеющимися блоками информации. Если образуются связи между всеми пятью блоками, то коэффициент связности будет равен0,87 (рис.3). Более того, вновь образовавшиеся связи могут создать взаимосвязь и между теми блоками, которые не были взаимосвязанными в начальном состоянии. Скажем, между вторым и четвертым. Тогда коэффициент связности будет еще больше. В этом случае можно сказать, что система перешла на качественно новый уровень устойчивости, то есть, произошла самоорганизация системы. Если же новые связи не образуются, система снижает свою устойчивость и может даже прекратить свое существование.
Таким образом, введение в систему нового блока информации, с одной стороны, может привести к развалу системы, а, с другой стороны, повысить уровень ее самоорганизации. Все зависит от того, впишется ли новая информация в имеющуюся информационную структуру, или нет.
Для данной системы информация будет позитивной в том случае, если она в конечном итоге увеличивает коэффициент ее связности, и негативной – если уменьшает.
В настоящее время большое количество работ связано с использованием синергетического подхода в самых различных областях науки.
В.С. Степин рассматривает развитие техногенной цивилизации в контексте функционирования саморазвивающихся систем. На основе такого подхода необходим пересмотр прежнего отношения к природе, идеалов господства, ориентированных на силовое преобразование природного и социального мира, необходима выработка новых идеалов человеческой деятельности, нового понимания перспектив человека.
Приложения самоорганизации имеют своей целью создание математических моделей с нелинейной динамикой и хорошо определенными социоэкономическими параметрами – моделей, призванных помочь в решении сложных проблем организации, прогнозирования и принятия решений.
Культурологические аспекты нашли отражение у Е.Н. Князевой, которая считает, что обладание синергетическим знанием или, по крайней мере, синергетическим стилем мышления может быть некой платформой для открытого творческого диалога между учеными, мыслителями, деятелями искусства, имеющими различные творческие установки и взгляды на мир.
Н.Н. Мальцева рассматривает вопросы применения синергетики в процессе обучения.
Наиболее существенным является применение системного и синергетического подхода к неживой природе, что в настоящее время породило концепцию глобального эволюционизма.