постоянный конструктивный обмен идеями.
Сила и эффективность синергетики — в постоянной взаимной подпитке
дисциплин, в том, что, выражаясь компьютерным языком, специалист в одной
области знаний имеет возможность находиться в режиме прямой связи с базами
данных других специальных наук.
В этом заключается существенное преимущество синергетики перед двумя ее
предшественниками, с которыми ее часто сравнивают, — кибернетикой, детищем
50-х годов, и так называемым системным подходом (созданием общей теории
систем), получившим развитие в 60-х годах.
И кибернетика, и системный подход функционировали следующим образом: они
вытягивали, абстрагировали нечто общее из различных конкретных дисциплин и
затем работали преимущественно с этой абстрагированной эссенцией. Задающими
категориальными схемами были в кибернетике “вход — выход” и “сигнал —
отклик”, а в системном подходе “элемент — система”, “обратная связь —
гомеостазис”. Ученые получали тюбик такой эссенции и добавляли ее в котел
своей дисциплины, считая, что тем самым применяют кибернетические идеи или
реализуют системный подход. Не было прямой стыковки, непосредственного
взаимодействия дисциплин, давших материал для получения абстрагированной
вытяжки — того, что как раз является животворным для синергетического
сообщества.
Здесь физик охотно читает книгу нейрофизиолога о странных аттракторах в
деятельности мозга, метеоролог находит много интересного в работах по
гидродинамике и даже галактической астрономии (что неудивительно, поскольку
и тут и там речь идет о вихревых формообразованиях и тонкой структуре хаоса
в турбулентных течениях), психиатр черпает ценные подсказки по лечению
своих пациентов, изучая сценарии эволюции детерминированного хаоса, и все
они прекрасно общаются на универсальном языке “аттракторов”, “флуктуаций” и
“бифуркаций”.
Одной из связующих точек в создании международного синергетического
сообщества стал Институт теоретической физики и синергетики при
Университете Штутгарта, основанный и долгие годы бессменно возглавлявшийся
Германом Хакеном. В 1997 году Хакен отметил свой семидесятилетний юбилей и
ушел с должности директора, возглавив Центр синергетики в этом институте.
Объединение ученых вокруг института способствовало налаживанию регулярных
личных контактов и широкому распространению идей синергетики в научном
мире.
Наглядным воплощением авторитета и высокой продуктивности синергетики стала
серия индивидуальных и коллективных монографий под общим названием
“Синергетика”, выпускаемая ведущим немецким научным издательством
“Springer” в тесном сотрудничестве с Институтом Хакена. С середины 70-х
годов вышло уже более 70 томов. Перечисление специальных научных областей,
представители которых печатались в серии, вышло бы, наверное, за пределы
двух десятков.
Вместе с тем и тридцать лет спустя “синергетики” так и не стали называть
себя “синергетиками”. Физик скромно скажет: “Я использую синергетические
модели”, как скажет и увлеченный синергетикой химик, биолог или географ-
урбанист. Трудно найти подходящее место для синергетики в научной табели о
рангах. Что это: теория? парадигма? дисциплина? наука? Все эти слова
кажутся не очень подходящими. Правильно было бы назвать синергетику научным
направлением, а еще точнее — научным движением, по аналогии с движением
политическим. Здесь нет ни строгого членства, ни четкой организационной
иерархии, ни институционального отнесения к одной из научных рубрик,
созданных для удобства университетского преподавания и продвижения по
диссертационным ступеням. Есть деятельное устремление ученых-
единомышленников, состоящее в том, чтобы познать — каждому с данного ему в
силу его научной специализации угла зрения — один из удивительных феноменов
бытия: феномен самоорганизации.
Открытость. Нелинейность. Аттракторы
Итак, мы имеем систему, открытую для протока энергии или иного достаточно
интенсивного воздействия извне. Система понимается как сложная, то есть
содержащая очень большое, иногда с трудом исчислимое множество элементов —
атомов в кристалле лазера, молекул в химическом растворе, людей в обществе,
нейронов в мозге, находящихся в сложном взаимодействии друг с другом, — и
поэтому процессы в системе строятся как массовые кооперативные процессы.
Вместе с тем сложность или простота системы — понятия относительные.
Прибегать к ним как к определяющим показателям кажется нам не очень
продуктивным. Синергетика способна рассматривать всякую систему
одновременно и на макроуровне — как целостность, описываемую достаточно
просто немногими параметрами порядка, и на микроуровне — как сложное
взаимодействие множества элементов.
Например, пламя, будучи видимым выражением структуры горения, может
изображаться и как самостоятельное образование, как собственно пламя, с его
формой, цветом, температурой, иными объективными показателями, и как
сочетание, взаимодействие множества не до конца сгоревших частиц, которые и
образуют видимый язычок. Наконец, пламя может быть разобрано и на более
мелкие составляющие и представлено в виде турбулентного потока разогретых,
быстродвижущихся молекул.
На разных уровнях можно описать и какое-либо психологическое явление,
скажем, пережитое человеком глубокое потрясение. На одном уровне,
описываемом собственно психологической наукой, оно будет выглядеть как
перегруппировка, переконстелляция элементов духовного мира человека —
небольшого множества описываемых в психологических и моральных терминах
показателей (“У меня заново открылись глаза”, “Я стал другим человеком”).
Но тот же личностный сдвиг может быть представлен на уровне перестройки
нейронных сетей, обеспечивающих течение психологических процессов. А тут мы
снова, как и в случае с пламенем, имеем дело уже с практически необозримым
множеством.
То же самое может быть сказано и о соотношении понятий “хаос” и “порядок”,
которым в синергетике иногда неправомерно придается сущностный,
самодостаточный смысл. Нет абсолютного хаоса и абсолютного порядка.
Корректнее было бы говорить, что возрастает мера упорядоченности (или
хаотичности) по какому-либо показателю за счет или в противоположность
снижению меры упорядоченности (или хаотичности) по иному показателю. Сам
хаос имеет тонкую, иногда невидимую для внешнего наблюдателя структуру,
например, в турбулентном течении. А порядок — это организованный хаос.
Открытость — необходимое, но не достаточное условие для самоорганизации
системы. Система должна быть еще и нелинейной .
С математической точки зрения нелинейность означает особый тип
математических уравнений, описывающих не плавный, а существенно
неравномерный рост функции и имеющих несколько качественно различных
решений. Отсюда ясен и физический смысл нелинейности: определенному набору
решений нелинейного уравнения соответствует множество путей эволюции
системы, описываемой этим уравнением, а переход в то или иное относительно
устойчивое состояние системы или русло эволюции происходит скачкообразно,
соответственно особым точкам графической кривой.
Для тех, кто любит образные разъяснения, можно предложить такое: вы берете
свисток или дудку и начинаете туда дуть, сначала слабо, потом все сильнее и
сильнее (открытость системы и проток энергии). В какой-то момент при
усилении потока воздуха неясное шипение вдруг скачком (нелинейность)
переходит в свист — который, в сущности, представляет собой резонансную
звуковую волну единого тона, то есть упорядоченную волновую структуру. Но
если вы переусердствуете и станете дуть изо всей имеющейся у вас мочи, то
радующий душу чистый звук перейдет в прерывистый хрип со слюнями на выходе
(незнание синергетики).
Вернемся к сравнению синергетики с кибернетикой. Кибернетика и различные
варианты теории систем исследовали главным образом процессы гомеостаза,
поддержания равновесия в технических, биологических и социальных системах.
Кибернетика пыталась свести сложные нелинейные эволюционные процессы к
линейным, по крайней мере на определенных стадиях, где это возможно. Она
рассматривала только те случаи, когда нелинейная система могла
исследоваться, как если бы это была линейная система с медленно
изменяющимися параметрами. Кибернетика разрабатывала алгоритмы и методы
внешнего контроля над системами. Синергетика же изучает процессы
самоорганизации систем, их своего рода самоконтролирование, основу для чего
создают нелинейные свойства систем.
Итак, если нелинейная система открыта и ее внутренние флуктуации или
внешние воздействия превысят некое пороговое значение, то она может скачком
перейти в новое макроскопическое состояние. Но что это за состояние? И
какие состояния вообще возможны?
Мы подходим здесь к одному из центральных тезисов синергетики. Это —
дискретность возможных состояний, в которые может переходить система в
процессе эволюции, а также заданность, ограниченность их числа. Иначе
говоря, спектр возможных структур-аттракторов эволюции, то есть структур,
на которые выходят эволюционные процессы в этой системе, не является
сплошным . В процессе эволюции система может перейти или в то, или в это
состояние, но не во что-то среднее между ними.
Только определенный набор эволюционных путей разрешен, ибо только этот
набор соответствует внутренним свойствам рассматриваемой системы. В
принципе, по крайней мере в задачах математической физики, которые связаны,
например, с выявлением относительно устойчивых структур самоорганизации
плазмы, этот набор математически вычисляем.
Проиллюстрировать представление о дискретности и ограниченности набора
потенциальных состояний можно многими примерами. В физической и химической
областях мы сталкиваемся с основополагающими феноменами — дискретностью
энергетических уровней в атоме, соответствующих заданным орбитам
электронов, и качественной определенностью химических элементов,
представляющих собой набор возможных в природе типов атомов.
Дискретность проявляется и в движениях живых существ. Давным-давно человек
заметил, что лошадям свойственны определенные аллюры: шаг, рысь, иноходь,
галоп. В каждом аллюре движение членов лошади согласовано строго
определенным образом, причем переход от одного типа движения к другому
совершается скачком. Бесчисленные лошадиные поколения на Земле
воспроизводят один и тот же набор аллюров.
Можно наблюдать характерные положения хобота слона, хвоста кошки и собаки,
соответствующие вполне определенным эмоциональным состояниям или реакциям
животных. Они не меняются от особи к особи и не имеют промежуточных,
полувыраженных ступеней.
Обратимся теперь к понятию аттрактора. Под аттрактором понимается состояние
системы, к которому она эволюционирует. Наличие спектра потенциально
возможных устойчивых структур-аттракторов системы есть просто иное,
переформулированное отображение идеи дискретности. Набор аттракторов можно
образно представить как набор лунок на поле настольной игры, в одну из
которых обязательно скатится пущенный пружиной металлический шарик.
На графике аттрактор выглядит как схождение траекторий к одной точке или
замкнутой петле, в пределах которой регулярно колеблется состояние системы.
Точка схождения не зависит от того, из какого места графика тянется
траектория, то есть от начальных условий движения. В синергетике говорят о
конусе притяжения аттрактора, который как бы затягивает в себя множество
возможных траекторий системы, определяемых разными начальными условиями.
Воронка притяжения стягивает разрозненные исходные линии траекторий в
общий, все более узкий пучок.
Парадоксальность действия аттрактора заключается в том, что он осуществляет
как бы детерминацию будущим, точнее, предстоящим состоянием системы.
Состояние еще не достигнуто, его не существует, но оно каким-то загадочным
образом протягивает щупальца из будущего в настоящее. Здесь и встает
философская проблема возможности целеполагания в неорганической природе.
Можно ли аттрактор рассматривать как своего рода цель движения системы? В
синергетике отвечают: в онтологическом смысле — вряд ли. Но в
методологическом смысле взгляд на аттрактор по аналогии с целью, как если
бы это была избранная системой цель, часто оказывается действенным.
Не надо думать, что “траектории”, “воронки притяжения”, “аттракторы” — это
что-то очень далекое от обычной жизни. “Коготок увяз — всей птичке
пропасть”, — народ давным-давно сформулировал идею, которую синергетика
облекает в строгие математизированные одежды.
А вот как осмысливал события своей жизни А. И. Герцен. “Всякий человек,
много испытавший, — писал он, — припомнит себе дни, часы, ряд едва заметных
точек, с которых начинается перелом, с которых тянет ветер с другой
стороны; эти знамения или предостережения вовсе не случайны, они —
последствия, начальные воплощения готового вступить в жизнь обличения,
тайно бродящего и уже существующего” 7.
Читателя, впервые знакомящегося с мировоззренческим и методологическим
содержанием синергетики, может преследовать смутное чувство, что он где-то
об этом уже слышал. И потом до него доходит: да ведь это же диалектический
материализм! Взять хотя бы одну из ключевых синергетических идей — плавное
количественное нарастание по какому-либо ведущему параметру и внезапный
(хотя и, в принципе, математически описываемый) переход системы в
качественно новое состояние. Возможно, для западного ученого, чье
мировоззрение формировалось, скажем, в духе кантианства, логического
позитивизма или критического рационализма К. Поппера, здесь содержатся
элементы откровения, что отчасти объясняет репутацию синергетики как
пионерской дисциплины. Но советскому читателю, которого со школы
воспитывали в духе марксизма-ленинизма, памятен закон перехода
количественных изменений в качественные: им в марксизме объясняется и
возникновение жизни на определенной стадии развития материи, и
возникновение сознания, и возникновение человеческого общества, и смена
одной общественно-экономической формации другой.
Вместе с тем имеются существенные различия между синергетикой и
диалектическим материализмом. В частности, марксизм предлагает
безальтернативную картину развития общества. Капиталистическая стадия с
необходимостью сменяет феодальную стадию, и с такой же необходимостью на
смену капитализму должен прийти коммунизм. Синергетике же чужда идея
предзаданности исторического хода развития. Она утверждает, что, хотя набор
возможных эволюционных путей ограничен, из них в силу воздействия случайных
факторов может быть выбран тот или иной.
