авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Оренбургский государственный педагогический

университет»

КАФЕДРА теоретической физики и

информационных технологий

в обучении

СИНЕРГЕТИКА И КУЛЬТУРОЛОГИЯ

Учебное пособие для студентов,

обучающихся по специальности «Культурология»

(специальности 020600 и 032800.00)

Пособие разработано: кандидатом педагогических наук, профессором кафедры теоретической физики и информационных технологий в обучении Оренбургского государственного педагогического университета ИЛЬЯСОВОЙ Тамарой Васильевной Оренбург, 2010 Оглавление § 1 Научная и культурологическая атмосфера..................................................................... становления синергетики...................................................................................................... Вопросы самоконтроля..................................................................................................... Рекомендуемая литература............................................................................................... § 2. Сущность системного подхода. Системное мышление................................................ Вопросы самоконтроля................................................................................................... Рекомендуемая литература............................................................................................. § 3. Синергетика как новый познавательный подход........................................................ 3.1. Основные понятия и принципы синергетики.......................................................... 3.2. Самоорганизация в открытых нелинейных системах............................................. 3.3. Примеры самоорганизации в природных и социальных системах........................ Вопросы самоконтроля................................................................................................... Рекомендуемая литература............................................................................................. § 4. Изменение познавательных установок при синергетическом подходе в различных областях знания и деятельности человека...........................................................

.............. Вопросы самоконтроля................................................................................................... Рекомендуемая литература............................................................................................. § 5. Культурологические аспекты синергетики................................................................. Вопросы самоконтроля................................................................................................. § 6. Синергетика искусства............................................................................................... Вопросы самоконтроля................................................................................................. §7. Синергетическое будущее цивилизации и культуры................................................. Вопросы самоконтроля................................................................................................. Рекомендуемая литература к §§ 5 – 7........................................................................... § 1 Научная и культурологическая атмосфера становления синергетики.

В жизни современного общества, даже в духовной области, главенствует наука, формируя представления о человеке, цивилизации, нравственности.

Но вся мощь науки и техники не заменит человеку духовный и нравственный труд понимания мира и себя, не сформулирует за него смысл жизни. Понимание того, что знаешь (и не знаешь!) достигается не только разумом, но и душою – в единстве логического, рационального, художественно-образного и интуитивного. Веление времени – осознание необходимости ценностных ориентиров в человеческой деятельности, соединения науки с нравственностью, значимости в сфере науки этических и эстетических критериев гуманитарного подхода. Одновременно методы точных наук (математики, логики, кибернетики, статистики и др.) проникают в область изучения человека и даже в искусство. Во взаимосвязи образно художественного и рационального способов познания можно усмотреть и генетические корни. Их связывает особенность человеческого мозга: левое полушарие ответственно за логическое, теоретическое мышление, а правое — за образное, интуитивное.

Синтез естественнонаучного и гуманитарного мировидения реализует новое направление в познании - СИНЕРГЕТИКА.

В синергетическом подходе сфокусированы главные идеи современной науки: нелинейность мышления, плюрализм, неоднозначность и альтернативность путей развития в природе, обществе. Синергетика даёт новый образ мира, не застывшего с навсегда заданными характеристиками, а мира — открытого, нелинейного, постоянно изменяющегося, для которого точное предсказание будущего невозможно. Вместе с тем, она возвращается к идеалам 1000-летней давности и не только объединяет элементы обыденного, философского и научного знания, но связывает эпохи, разные способы мышления, синтезирует все ветви культуры.

Системообразующей основой синергетики стало изучения феномена с а м о о р г а н и з а ц и и (саморазвития). Потому синергетику можно определить как область науки о самопроизвольном возникновении и самоподдержании упорядоченных временны'х и пространственных структур в открытых нелинейных системах различной природы. Что нового вносит синергетика в понимание развития и эволюции окружающего нас мира?

С самого начала возникновения синергетики её основоположники подчеркивали, что основные закономерности самоорганизации, выявленные первоначально при изучении природных естественнонаучных процессов, имеют гораздо более широкую сферу действия, захватывающую развитие социокультурных систем. Но только в последние десятилетия предпринят ряд исследований, в которых основательность синергетических идей проверялась в гуманитарной области - конкретном анализе процессов самоорганизации в развитии общества, культуры, искусства, позволивших теоретически осмыслить действительную всеобщность основных положений синергетики, а значит их применимость в исследовании и социальных, и культурных процессов.

Идеи и методы синергетики ещё не поняты значительной частью исследователей и не вошли в широкую познавательную практику. Этому препятствует и сложившееся исторически расхождение естественнонаучного и гуманитарного путей познания действительности.

По мнению известного культуролога М.С. Кагана, можно выделить три этапа развития методологических отношений между естественными науками и социально-гуманитарно-культурологическим знанием [1].

Первый этап (XVI-XVIII вв.) характеризуется неразличением наук о природных и неприродных явлениях, поскольку в те времена и человек, и общество рассматривались «в системе природы» как своеобразные проявления общих материальных сил. Они подлежали познанию одними и теми же способами, методами, гносеологическими процедурами, выведенными из исследования физических механических явлений, доступных математической обработке. (И. Кант: каждая наука является наукой в той мере, в какой она опирается на математику). При таких методологических установках успехи наук, именуемых сегодня «гуманитарными», оказывались весьма скромными.

На втором этап (XIX в.) произошла резкая методологическая поляризация познавательных подходов в самом культурологическом знании.

С одной стороны, развитие позитивизма довело до сведе'ния высших форм бытия к низшим, т. е. социокультурных явлений и процессов - к биологическим, психологических - к физиологическим, духовных - к механически рефлекторным (принцип пресловутой «методологической редукции»).

С другой стороны, на рубеже XVIII и XIX столетий складывались герменевтические представления, исходившие из признания своеобразия гуманитарного знания. Здесь же, в начале XX в. В. Виндельбандт, Г. Риккерт и В. Дильтей обосновали принципиальные методологические различия двух групп наук - «наук о природе» и «наук о культуре». В чём они принципиально различаются? Будем исходить в сравнении из современных представлений.

Естественнонаучному мышлению свойственно абстрагирование познающего человека от предмета изучения (декларировалась, тем самым, объективность познания, независимость от субъективного мнения). Наука, в естественнонаучном смысле, объективна, экстравертна, монологична, имеет однозначный, внеличностный смысл, генерализует выводы. Главная задача – объяснение действительности на основе рассудочности, рационального знания, подтверждённого опытом, а цель - выявление человеком объективных законов мира для освоения природы и прогноза своего будущего. Основа познания - научный метод.

Практика гуманитарного постижения реальности показала, что методы познания человека, его духовной жизни, феноменов культуры специфичны.

Объектом гуманитарного познания являются истины, справедливость которых не доказуема логически (правда, красота, добро, ненависть, ложь, и т.п.). Велика роль интуиции (прямого усмотрения истины без логического доказательства). Главный критерий ценности – личная удовлетворённость автора. Гуманитарное знание субъективно, интровертно, рефлектирует «в себя», а восприятие артефактов культуры – акт резонансного ощущения мира человеком-потребителем и человеком-создателем. Потому в сфере гуманитарных наук действует не «объяснение», а «понимание» (толкование), имеющее многовариантный смысл;

«индивидуализация», окрашенность личностным отношением, а не «генерализация»;

не монолог, а диалогический контакт с предметом познания, осуществляемый через эмпатию (вчувствование в мир другого), сопереживание, перенесение в предлагаемые обстоятельства. «Человеческая мысль становится идеей только в условиях живого контакта с чужой мыслью» (М.М. Бахтин). Основа познания герменевтический метод1.

В конечном счете, Ч. Сноу [3] обозначил эти различия ставшим широко известным понятием «две культуры» - антагонизм sciences и humanities.

Технократическая, научно-техническая цивилизация превозносит первых над вторыми, «физику» над «лирикой», знание законов материального мира над нравственно-эстетической сферой духа.

На третьем этапе (вторая половина ХХ в. и по настоящее время) ситуация оказалась гораздо более сложной, чем это представлялось, по образному выражению М.С. Кагана, «разбежавшимся в разные стороны и повернувшимся друг к другу спинами природознавцам и культурологам».

Осознание этой сложности и становится содержанием третьего этапа методологической истории научной мысли. В середине ХХ столетия на авансцену научной мысли выходят одна за другой новые науки и новые методологические концепции, такие детища научно-технической революции, как кибернетика, теория информации, генетика, семиотика, учение о Герменевтика: от греч. – разъясняю, истолковываю.

системах, синергетика.

наконец, Они, вырастая из изучения закономерностей материального мира, объявляли свои выводы не локальными, естественнонаучными, а универсальными, общенаучными, т. е.

распространяющими свое действие и на явления внеприродные - социальные, культурные, гуманитарные. Соответственно, понятия «информация», «система», «структура», «функция», «связь», «управление», «организация» и тому подобные, и их математическая интерпретация стали применяться при характеристике всех форм бытия, а не только природы. В то же время, идеи гармоничности, красоты, интуиция, нравственные табу вошли в точные науки. Какие проблемы ещё способствовали интеграции подходов?

В конце ХХ века перед человечеством встала общепланетарная проблема выживания (быстрый прирост народонаселения и ограниченность природных ресурсов, экологические катастрофы большие и малые, поляризация на бедных и богатых, экономические и политические кризисы, социальное здоровье общества). В наступившем ХХI веке необходимо выработать (уже не в тиши кабинетов, а в реальных социальных действиях) новые императивы развития социума в единстве с природой, ресурсосберегающие технологии в промышленности и сельском хозяйстве, приостановить демографический рост и, самое трудное, - сформировать этику и нравственность нового – экочеловека. И делать акцент в решении названных проблем только на науку – не серьёзно.

К тому же в самой науке возникли «нерешаемые проблемы». Мы, в принципе, не можем дать "долгосрочный прогноз" поведения огромного количества даже достаточно простых механических, физических, химических и экологических систем, тем более – социокультурного уровня. Более того, были осознаны принципиальные ограничения в проблеме прогноза: во многих важных случаях существует горизонт предсказуемости, за который нам не суждено заглянуть.

Можно предположить, что осознаваемое на малых временах и непредсказуемое на больших промежутках поведение характерно для многих объектов, которые изучают психология, экономика и социология.

Выяснилось, что множество систем, работает в норме (!) в хаотическом или близком к нему режиме. Что привело к появлению иных методов медицинской диагностики, разработке принципиально новых видов анализа функционирования технических систем, регулирования экономики.

Оказалось, что в природе существует всего несколько универсальных сценариев перехода от хаоса к порядку. Можно изучать самые разные явления, писать разные уравнения и получать одни и те же сценарии. Жизнь показала, что малые причины могут иметь большие и трагические последствия. Исследователи пытаются увидеть за этим новый, более глубокий уровень единства природы.

комплексным На этом фоне закономерна тенденция к междисциплинарным исследованиям, «соль» которых состоит при решении актуальных проблем современности именно во встрече представителей естественных, технических, общественных, гуманитарных, философских наук. По этой причине представители обеих ветвей научного знания и естественнонаучного, и социально-гуманитарного двинулись друг другу навстречу, понимая, что "физики" и "лирики" по отдельности не выдержали «экзамена» жизни в XX веке. В XXI веке его придется сдавать вместе.

Названные трудности входят в проблематику синергетических исследований, и есть надежда на их хотя бы частичное разрешение, т.к.

междисциплинарности свойственна креативная функция. Как показывает практика человечества, именно в моменты взаимодействия различных систем мышления - из различных эпох, религиозных и культурных традиций и областей знаний, - происходили события, имевшие наиболее далеко идущие последствия.

В случае синергетики стало возможным проверить эвристическую ценность отвлеченных методологических выкладок, разработанных в рамках естествознания, в конкретном анализе различных явлений и процессов социокультурного бытия.

Вопросы самоконтроля 1. Почему в жизни современного общества главенствует наука?

2. Чем различаются в сфере познания естественнонаучный и гуманитарный подходы?

3. Охарактеризуйте герменевтический метод в познании мира.

4. На какие две ветви разделилась в обществе культура? В чём причина?

5. По какой причине сегодня сильна тенденция к сближению естественнонаучного и гуманитарного подходов в познании?

6. В чём преимущество междисциплинарного подхода?

Рекомендуемая литература 1. Каган М. С. Синергетика и культурология // Синергетика и методы науки. СПб, 1998. С. 201 – 219.

2. Синергетическая парадигма: Нелинейное мышление в науке и искусстве / Сост. и отв. ред. В.А. Копцик. – М.: Прогресс-Традиция, 2002.

496 с.

3. Сноу Ч.П. Две культуры и научная революция. URL:

http//www.vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/ECCE/SNOW/TWOCUI (дата обр.

25.08.2010).

4. Фейнберг Е. Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке.

М.: Изд-во Век 2, 2004. 288 с.

§ 2. Сущность системного подхода. Системное мышление Синергетика является конкретизацией и дальнейшим развитием теории систем и методологии системных исследований. Основатель синергетики Г.

Хакен прямо назвал её «частью общего системного анализа» [8].

Большинство природных объектов независимо от их масштаба и состава — открытые системы, в том числе и социальные. Их невозможно понять в рамках моделей классической науки. Мир современной техники — «человекомерные системы», включающие необходимо как часть человека.

Творческая деятельность человека в таких системах всё более становится главной составляющей. Она связана с управлением, принятием решений, интуитивным подбором и изобретением моделей и образов мира. А это аксиологических факторов требует учёта в познавательных схемах (целеполагания, ценностных ориентаций, нравственных критериев, этических и эстетических компонентов, фантазии), к которым машина (пока?) не способна. Тем самым возникла научная потребность изучения сложных образований (систем), существующих на разных уровнях реальности, с целью выявления единства механизмов их организации и эволюции.

Эта проблематика и составляет задачу системных исследований, формирующих иное – системное мышление. Рассмотрим кратко понятийную базу системного исследования.

Системный подход возник в 60—70-е гг. XX века при решении сложных междисциплинарных проблем (управлении ПВО страны, регулировании и планировании экономики, изучении механизмов морфогенеза, функционирования жизни, проблем создания искусственного интеллекта, и др.). Вне системных идей не поддавались в принципе решению задачи упорядоченности, организованности, функциональный анализ сложных объектов с большим числом элементов. Возникла специальная область науки об управлении сложными объектами любой природы — кибернетика. Она потребовала теоретической разработки понятия «СИСТЕМА» и процедур её изучения.

Вообще, в познавательной практике встречаются два типа множеств: 1) суммативные, в которых целое равно сумме частей;

2) собственно системы — множества, в которых части не только связаны, но и влияют друг на друга, качественно преобразуя целое, в таком случае говорят, что «целое больше суммы частей».

Главная идея системного подхода — представление сложного объекта любой природы целостностью, системой. В качестве примеров систем для последующего понятийного анализа будем иметь в виду: живой организм, производственную автоматическую линию или процесс обучения школьников.

Система — комплекс целесообразно подобранных и взаимодействующих элементов. Цели формирования системы определяют, какие элементы следует включить в систему для обеспечения поставленных целей. Система – это всегда процесс, согласованная деятельность частей по достижению цели. Любой объект действительности от микро- до мега- мира можно представить системой. Элементарная частица вещества есть совокупность взаимодействующих кварков (микросистема). Наша Вселенная – космическая система. Социум – совокупность людей планеты (каждый из них – тоже система!), погружённая в окружающую природную среду.

Элемент — предел делимости системы, когда ещё сохраняются её свойства как целостности, это своего рода единица системы (к примеру, в организме - может быть клетка, орган, в социуме – отдельный индивидуум).

Целостность системы обнаруживается в противопоставлении окружающей среде (живая клетка отделена от среды своей оболочкой — мембраной, у каждого государства есть территориальные границы).

Элементы объединены связями (путями взаимодействия) между собой и обеспечивают функционирование системы, в ходе которого достигается цель её создания. Связи сочетаются, и по природе могут быть самыми разнообразными.

Существуют внутренние и внешние связи. Если внешние связи у системы с окружающей средой отсутствуют, система считается замкнутой (закрытой). Это идеализация: в природе (и также в социуме) полностью закрытых систем не существует. Если внешние связи есть, система открыта. Разделение связей на внешние и внутренние относительно:

внешние связи её частей для самой системы являются внутренними, а внешние связи могут стать внутренними в рамках более широкой системы.

связи функционирования, управления, Различают по содержанию генетические, вещественные, энергетические, информационные и др.

Главные среди них, независимо от природы, — системообразующие - те, которые способствуют усилению целостности данной системы.

В процессе функционирования системы её элементы преобразуются в компоненты, которые уже нельзя рассматривать отдельно, вне системы: в них усиливаются те свойства и функции, которые лучше всего соответствуют целям системы. Удаление хотя бы одного компонента может привести к разрушению системы (аналогия с удалением одного из звеньев цепи). Роль и место компонентов в системе не одинаковы, а определяются с учётом механизма и целей функционирования, и могут меняться. Пример: учебный процесс в качестве компонентов включает учителя, учащихся, цели и содержание обучения, формы организации процесса обучения. Каждый из компонентов качественно меняется в ходе реализации целей обучения и воспитания, и удалить ни один из них нельзя, иначе система распадётся.

Совокупность связей системы, их топология образует структуру (архитектуру) системы, которая и определяет уровень её организации (степень упорядоченности).

Структура может характеризоваться связями по горизонтали (родственные, одноуровневые – учащиеся между собой) и по вертикали (связи подчинения – ученик и учитель, ребёнок - родители). Связи подчинения определяют иерархию частей и уровней в организации системы:

чем совершеннее системы, тем строже «лестница подчинения» — иерархия подсистем, субординация частей. Так, учебный процесс – иерархическая система, в которой изменение значимости одного компонента (учащийся – в центре УП, а не учитель, новые цели и др.) в корне меняет функционирование и результаты обучения.

Связи управления и координации деятельности — всегда системообразующие, поскольку направлены на усиление целостности системы. В системе образования управляющие связи по природе – информационные, а в управлении станком – электрические и механические, во взаимодействии веществ – химические, в обществе - культурные и т.д.

Если источник преобразований и развития находится вне системы, она считается искусственной (например, любой материальный и духовный объект, созданный человеком, в том числе произведения искусства). Системы с источником развития внутри называются самоорганизующимися (СОС), извне они обязательно получают энергию (вещество, информацию). Живой организм программу своего развития содержит внутри, в ДНК, но обязательно поступление извне энергии и вещества. Примером самоорганизующейся системы может служить биосфера Земли. Работой компьютера управляет оператор извне, но внутренние информационные процессы выполнения команд самоорганизованы.

равновесными и Самоорганизующиеся системы могут быть неравновесными. В равновесной системе параметры, характеризующие её состояние, не изменяются со временем, она — статична (в общем случае возможно периодическое возвращение к первоначальным значениям параметров). Классическим примером равновесной системы являются механические часы с маятником. Параметры неравновесной СОС непрерывно, и часто нелинейно, изменяются, не возвращаясь к прежним значениям. Причём, неравновесное состояние может поддерживаться длительное время. Примером может быть живой организм: он находится в постоянно неравновесном состоянии за счёт механизма гомеостаза. Или климат в разных регионах планеты.

Природные самоорганизующиеся системы отличаются целесообразным поведением, т.е. способностью реагировать внутренним образом на изменения в окружающей среде. Главный пример здесь – сама «жизнь» во всех разнообразных формах проявления, экосистемы. Из гуманитарной области можно сослаться в качестве примера на психотипы людей, тенденции и жанры в искусстве, функционирование культуры как системы.

Управление системой связано с образованием обратных связей (ОС).

Они обеспечивают регулирование деятельности системы на основе сравнения промежуточных результатов и целей, всегда направлены от конечных этапов к началу. Отрицательная обратная связь (– ОС) положительная способствует сохранению стабильного состояния, а обратная связь (+ ОС) уводит систему от равновесия, «раскачивает» её, вызывая нарушение функционирования, но при этом является главным внутренним фактором развития, самосовершенствования системы.

Самое важное. Только системы могут совершенствоваться за счёт внутренней перестройки связей, структуры, изменения приоритетов, роли и места отдельных компонентов в системе б е з включения нового. Эту мысль можно подчеркнуть цитатой из В.Шекспира: «Экономична мудрость бытия, всё новое в ней шьётся из старья».

Иными словами, чтобы развиваться, система часто не нуждается во внешних новых поступлениях, но должна обладать достаточным внутренним разнообразием (элементов, связей, структур и т.п.). Возможно, таков механизм возникновения революций, переворотов и др. общественных катаклизмов. А планета Земля? Её первоэлеметы и сегодняшнее состояние, включая Разум, – по составу химических элементов – мало, чем различаются.

теории систем: независимо от количества и Главный постулат качества элементов любая система развивается по общим для всех них закономерностям.

Основные принципы и законы теории систем:

1. Принцип необходимого разнообразия: чтобы развиваться, система должна обладать достаточным разнообразием (элементов, связей, структур и т.п.) 2. Принцип эмерджентности: в процессе деятельности системы в ней возникают новые – эмерджентные – свойства (качества, функции), не свойственные её элементам в отдельности.

3. Принцип Ле – Шателье: в равновесной системе всегда есть внутренние силы, стремящиеся самопроизвольно вернуть её в состояние равновесия.

4. Закон оптимальности состава: с наибольшим эффектом любая система функционирует в некоторых пространственно-временных пределах, т.е.

нельзя расширять (сужать) системы без предела.

5. Закон перехода системы в подсистему: всякая система может стать частью бо'льшей системы, включаясь в неё как компонент.

разновременности 6. Закон изменений подсистем: в больших многоуровневых системах динамичность состояния поддерживается неодинаковым временем и направленностью изменений в разных подсистемах.

Схема 1. Структура теории систем.

Закон системной 7.

дополнительности: некоторые подсистемы обеспечивают предпосылки для развития (ослабления) и регулирования других подсистем.

Структура теории систем представлена на схеме 1.

Система Элементы Связи Функционирование внутренние внешние Закрытые Открытые системы системы Обр.

системообразующие связ и Компоненты Структура/ Уровень организации Перестройка связей и структуры Новый уровень организации с и с т е м ы В современной науке различают несколько направлений системных исследований:

Структурно-функциональный анализ (используется в социологии, экономике, технике, управлении).

Структурализм (языкознание, филология, психология и др.).

Системный подход (широко используется в естествознании).

Следует различать исследование заведомо системного объекта и системное изучение любого сложного, многосоставного объекта. В первом случае производят выделение элементов системы, изучается структура, идёт поиск механизмов функционирования и развития, устанавливается иерархия системы, выявляется механизм управления системой и возможность влияния на неё извне.

Если необходимо доказать системную природу сложного объекта, то идут иным путём: объект изучается разными науками, в разных аспектах, а затем знания интегрируются с целью обнаружения признаков его системности;

выявляется механизм целостности, структура, иерархия и далее он исследуется как системный объект.

Системное мышление в познании приучает видеть любое сложное образование целостностью, понимать, что основную роль в жизнедеятельности системы играют связи — внешние и внутренние.

Системой можно управлять, организуя эти связи с учётом иерархии системы, правильного воздействия и регулирования. Нельзя игнорировать тот факт, что перестройкой структуры системы мы можем её разрушить или привести к новым возможностям, совершенствованию, и как следствие, - изменению поведения системы, переходу на более высокий уровень функционирования.

Будем помнить: природа — Большая открытая система. Любой природный объект (от атома до биосферы и Вселенной в целом) можно представить системой, часто — самоорганизующейся, нестационарной.

Системное видение окружающего мира позволяет по-новому осмыслить высказанную в глубокой древности мысль: «…всё связано со всем, мир един».

Вопросы самоконтроля 1. В чём сущность системного подхода? Определите основные понятия теории систем.

2. Обязательно ли для совершенствования системы необходимо привлечение новых ресурсов?

3. Возможно ли развитие системы изнутри?

4. Какие системы называются самоорганизующимися?

5. В чём различие изучения систем и системного исследования сложных объектов?

6. В чём новизна системного мышления?

7. Приведите примеры систем из области культурологии.

Рекомендуемая литература 1. Блауберг И. В., Юдин Э. Г. Становление и сущность системного подхода. М.: Наука, 1973.

2. Веблер В. С. Мышление как творчество. М.: Наука, 1975.

3. Волков В.Н. Из истории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.

4. Пригожин И., Стенгерс И. Познание сложного. М.: Мир, 1984.

5. Философский энциклопедический словарь: Система. Системный подход. М.: Сов. энциклопедия, 1983.

§ 3. Синергетика как новый познавательный подход Основной философской категорией, разрабатываемой в синергетике, применительно к сложным, многосоставным объектам любой природы, является «развитие». Развитие – необратимое, направленное, закономерное изменение материальных и идеальных объектов, в результате которого качественно новое состояние возникает объекта, проявляющееся в изменении его свойств или состава, структуры, функций. Способность к развитию составляет одно из всеобщих свойств материи и сознания.

Известное диалектическое положение о том, что при развитии количественные изменения скачкообразно переходят в качественные, лишь отражает сам факт скачкообразности перехода. Но каков его механизм? К чему система эволюционирует в итоге?

В начале ХХ в. определилась противоположность познавательных подходов к эволюции систем в физике и биологии. В физике замкнутая система (без связи с окружающей средой) самопроизвольно приходит к состоянию равновесия с максимальной энтропией (Smax) и минимальной организацией (хаосу), и с течением времени разрушается. В биологии (теория эволюции Ч. Дарвина) живые структуры – всегда открытые системы и развиваются по восходящей линии «от простого — к сложному», потребляя из окружающей среды энергию, вещество, информацию. Энтропия живого в процессе жизнедеятельности уменьшается, а уровень организации возрастает (вспомните развитие организма из единственной оплодотворённой клетки зиготы). В настоящем, антагонизм живого и неживого вещества ставится под сомнение. Современные теории и научные факты допускают возникновение живого вещества из неживого. Ведутся лабораторные эксперименты, но единой позиции в этом вопросе пока нет.

Клубок противоречий пытается разрешить синергетика, предположив с самого своего начала, что механизм образования и разрушения структур, переход от хаоса к порядку и обратно, в принципе, не зависит от конкретной природы системы и её элементов. Он един для всех структур и форм организации реальности. Материя обладает спонтанной (самопроизвольной) активностью и постоянно сама себя усложняет на всех этапах существования. Найти этот универсальный механизм самосовершенствования и понять процессы развития в природе, технике, обществе — задача синергетических научных исследований. Они основаны на идеях системности, целостности мира, общности законов развития.

Синергетика н е заменяет системного исследования, а заимствует из системных представлений иерархическую связь уровней, относительную автономность подсистем, значимость прямых и обратных связей между уровнями, становление новых структур и уровней в процессе развития. В синергетике главное внимание обращено на процессы неустойчивости, состояние динамического хаоса, совместно порождающих порядок.

Гуманистический потенциал синергетики как мировидения — поиск оптимальных для человека сценариев развития событий, овладение способами управления ими и научного прогнозирования будущего.

Синергетика изменяет и место самого Человека в познаваемом мире: он не отстранен, он внутри этого мира, что, по выражению И. Пригожина, делает возможным «диалог с природой», развивает «искусство вопрошать», формирует интеллектуально и нравственно личность самого исследователя [3, 4]. Учитывая обобщенный характер синергетики как единой теории самоорганизации систем любой природы, она непременно должна изучаться всеми студентами и аспирантами современного университета.

3.1. Основные понятия и принципы синергетики Возникновение синергетики как самостоятельного направления научных исследований можно датировать 1969 годом. Именно тогда немецкий физик Герман Хакен стал использовать термин “синергетика” в своем курсе по теории лазерного излучения, который он читал в университете г. Штутгарт.

Новый термин был придуман для созданной им теории самоорганизации.

Термин образован от греческого выражения Syn-ergia, что означает сотрудничество, согласованное действие, соучастие. В предисловии к своей монографии «Синергетика» (1977 г.) Г. Хакен подчёркивал: «Я назвал новую дисциплину «синергетикой» не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин». В 1973 г. после выступления Г Хакена на научной конференции этот термин стал для учёных синонимом «теории самоорганизации». Как новую парадигму2 науки, синергетику можно охарактеризовать тремя понятиями: открытые системы, нелинейность, самоорганизация.

Самоорганизация (саморазвитие) понимается как самопроизвольное усложнение структуры или свойств системы исключительно за счёт внутренних возможностей, возникающее в ходе флуктуаций параметров системы и при обязательной поддержке извне (энергией, веществом, информацией). Вводится новый принцип «порядок через флуктуацию» (И.

Пригожин).

Подчеркнём, синергетика изучает процессы самоорганизации, происходящие на всех уровнях организации материи с единой точки зрения, и в этом смысле снимает разграничение природы на живую и неживую. Это научное направление позволило также построить мост между естественными и гуманитарными науками.

Впервые процессы самоорганизации были научно исследованы в кибернетике и системотехнике (проблемы поддержания функционирования в заданном режиме для автоматизированных технических систем и гомеостаза). Считалось, что самоорганизация присуща только живым системам. Искусственные системы существуют благодаря специфическому воздействию извне, которое «навязывает» системе и структуру, и функционирование (примером может служить любое техническое устройство).

Но к 70-м гг. ХХ в. были обнаружены явления самоорганизации в неживой природе: резонанс, флаттер, «химические часы», ячейки Бенара, макровихри, круговые и спиральные автоволны и другие структуры в активных средах (подробнее о них - дальше). Было установлено: процессы самоорганизации могут возникать в системах любой природы, но с большим количеством элементов (N 1), связи между которыми имеют Парадигма — теория (или модель постановки проблем), принятая в качестве образца решения исследовательских задач [Философский энциклопедический словарь. - М.: Сов.

энциклопедия, 1983. С. 477].

Такие системы отнесли к нежёсткий, вероятностный характер.

самоорганизующимся (СОС). Большинство изучаемых природных, психических, социальных объектов — СОС.

Итак, в системе направлена на перестройку самоорганизация существующих и образование новых связей между её элементами без специфического воздействия извне, исключительно за счёт её внутренних ресурсов. Свойства элементов и их связей составляют потенциальное «поле возможностей» данной системы, именно из него выбирается будущее состояние. В этом суть самоорганизации, состоящая в самодостраивании, самовоспроизводстве структур, направленных на самосовершенствование целого. Синергетическое изучение природных объектов идет на нескольких уровнях:

- микроскопический уровень (взаимодействие отдельных атомов, молекул, элементов системы);

- мезоскопический уровень (когда система рассматривается как ансамбль взаимодействующих частиц, и потому параметры системы имеют статистическую природу);

- макроскопический уровень (взаимодействие и структуры макротел).

В физике и химии синергетика начинается с мезоскопического уровня, вследствие чего вводимые синергетические параметры — статистические, вероятностные. В гуманитарной сфере низший синергетический уровень – макроскопический.

Начальным фактором в синергетическом процессе являются флуктуации (незначительные случайные возмущения в системе, малые отклонения от среднестатистического значения параметров). Уже отмечалось, что в многосоставных системах её параметры непрерывно флуктуируют. Флуктуации в равновесном состоянии слабо влияют на систему, так как действует классический принцип Ле-Шателье: система стремится к таким изменениям, которые минимизируют внешнее воздействие (этот принцип, образно, можно назвать принципом «Ваньки-Встаньки»). В состоянии, близком к равновесию, образование пространственно-временных структур (например, кристаллизация воды при замерзании или намагничивание ферромагнетика, растворение вещества и др.) не относят к самоорганизации, так как радиус корреляции связи частиц в структуре имеет атомные размеры (r ~ 10–8 см) и происходят одновременно по всей среде.

Чтобы в нелинейной среде могли возникнуть лавинообразные микропроцессы, способные «прорваться» на макроуровень (с радиусом корреляции r ~ до 10–3 м), система должна перейти в неустойчивое, критическое состояние повышенной чувствительности к флуктуациям.

Такое состояние системы называется хаосом. За счёт поддержки флуктуаций извне (энергией, веществом или информацией) возможно образование микронеоднородностей разной природы (по массе, температуре, энергии, асимметрии частей или свойств и прочее). Начинается диссипация — процесс самовыстраивания регулярной структуры на микроуровне в результате кооперативного — согласованного – взаимодействия огромного, но ограниченного числа элементов, в масштабах существенно больших атомных (r ~ 10–3 м). Здесь ещё раз подчеркнём смысл термина (в принятой сегодня интерпретации): синергетика — (от греч. synergetikos — совместный, согласованный).

Диссипация (лат.- рассеивать, разгонять, иногда придаётся смысл «зло»), — не фактор разрушения, а необходимый момент самоорганизации в хаотизированной нелинейной среде. Она как бы «выжигает» всё лишнее и оставляет только то, что кооперативно наработано элементами — новую стационарную микроструктуру. Она может быть временной, пространственной, пространственно-временной или функциональной.

Открытость системы и её неравновесное хаотизированное состояние — конструктивный момент, благодаря которому малая флуктуация, окружённая огромным фоном случайностей, способна при поддержке среды вероятностно (!) разрастись в макроструктуру. А это, в свою очередь, новых приводит к появлению функций, пространственно-временных характеристик и др. факторов развития системы в целом.

Возникнув на микроуровне, диссипативная структура растёт за счёт интенсивного поглощения энергии высокого качества из окружающей среды, а рассеивает её уже в виде тепловой энергии - более низкого качества.

Поэтому в локальной области системы энтропия уменьшается, т.е.

возникает бо'льший порядок и организованность. Вновь выросшая макроструктура — статистическая по природе — «забывает», из каких микросостояний она произошла и начинает жить «с чистого листа». Для её описания удаётся выделить конечное число новых переменных, к которым подстраиваются остальные параметры системы. Они получили название параметров порядка, а сам эффект их возникновения и управления другими переменными в синергетике называется «принципом подчинения». К примеру, параметр порядка возникает в ситуации «движения в ногу» строя солдат. Национальный характер может также рассматриваться как параметр порядка, или язык как средство общения людей. Параметр порядка, по образному сравнению Г. Хакена, действует подобно кукольнику, который задает танец марионеток, но решающее различие между кукольником и параметром порядка заключается в том, что отдельные части синергетической системы сами генерируют параметр порядка своим коллективным поведением (круговая причинная или обратная связь). Могут ли возникнуть в системе разные диссипативные структуры? Изменяться параметры порядка?

При усилении других флуктуаций другими воздействиями извне, соответственно, создаются иные диссипативные структуры, параметры порядка и иные возможности дальнейшего развития. Но… если система находится в хаотизированном состоянии! В целом эффект разрастания, усиления флуктуаций означает, что в нелинейном мире малые причины Микрофлуктуация даже на могут порождать большие следствия.

атомарном уровне при сверхблагоприятном стечении обстоятельств может разрастись и закрепиться в качестве особого состояния на макроуровне. А это макросостояние, в свою очередь, может влиться в качестве решающей флуктуации в течение процессов на космическом – мегауровне. Проявляется «эффект бабочки» (название взято из сюжета рассказа Р. Бредбери «И грянул гром». Его смысл: взмах крыльев бабочки в неустойчивой системе может со временем вызвать бурю и изменить погоду в огромном регионе).

Аналогично имеет силу и обратное: влияние вышележащих уровней иерархической организации мира на нижележащие (влияние звёзд на судьбы людей??).

Есть свидетельства того, что природа способна намеренно вызывать флуктуирующие отклонения, имеющие в итоге конструктивное значение.

(Нобелевская премия 1983 г. присуждена генетику Б. Мак-Клинток, открывшей мобильные гены в ДНК. Их функция заключается в том, чтобы перескакивать из одного места цепочки ДНК в другое и специально вносить мутации в генетический код. По всей видимости, смысл такой намеренной “порчи” собственных хромосом состоит в том, чтобы за счет увеличения числа мутаций увеличить число первичных вариаций особей, из которых затем происходит естественный отбор, — то есть ускорить, подстегнуть отбор, не дожидаясь медленного естественного течения).

Разрастание диссипативной структуры связано с понятием фракталов (от лат. Fractus - сломанный камень, расколотый, нерегулярный). Это самоподобные объекты, обладающие масштабной инвариантностью. Они способны бесконечно повторять свою собственную структуру микроуровня, вырастая до больших размеров. Главное свойство фракталов и состоит в том, что любой их малый фрагмент аналогичен более крупной части, объекту в целом (принцип матрешки - это, по сути, фрактальный принцип). Через фрактальность хаотическая система обретает структуру и устойчивость. С точки зрения математика (Б. Мандельброта), фрактал состоит из простых геометрических фрагментов разного размера и ориентации, но аналогичных по форме (в идеале — бесконечно уменьшающаяся структура, длина фрактала — бесконечна, размерность — дробная). В отличие от гладких евклидовых кривых фрактальная кривая не сводится в всех масштабах к прямой (у неё нет касательных в любой точке!), а является бесконечно изрезанной, геометрически нерегулярной, хаотичной, но при этом имеющей ограниченные общие размеры.

Примерами фракталов являются: пламя, перистые облака, дерево, береговая линия и контур гор, нейронная сеть мозга, пористые среды и даже климат. Фрактальные структуры в природе часто являются следом хаотических, нелинейных, динамических процессов. Компьютерные эксперименты позволили получить многие фрактальные структуры и понять причины их возникновения. Компьютерная объёмная графика (ландшафты, архитектура и т.п.) основана на использовании фракталов.

На рис. 2 – 5 показаны способы построения фрактальных объектов.

Регулярные фракталы обладают свойством точного самоподобия и строятся на бесконечном повторе (рекурсии) простых операций замены одного элемента некоторой комбинацией других, ему подобных. Среди них различают:

- Линейные фракталы – их алгоритм роста определяется линейными функциями (часть есть точная копия целого: пример – фигуры Коха).

Фрактал снежинка Коха – это кривая, которая никогда не выйдет за пределы окружности, описанной около неё, она бесконечной длины, а теснится в ограниченном пространстве (!), и при этом представляет собой уже нечто большее, чем просто линия, но все, же это еще не плоскость. Напомним: у фрактала размерность – дробная.

- Нелинейные фракталы задаются нелинейными алгоритмами роста (часть есть не точная, а похожая, деформированная копия целого). Пример:

квадратичные фракталы на области комплексных чисел – множества Жюлиа и Мандельброта Zn+1=Zn2+ С.

- Стационарные фракталы: поверхности гор, контуры берегов и др. В них самоподобие состоит в инвариантности формы в разных пространственных масштабах.

Рисунок 3. Салфетка Рисунок 2. Снежинка Коха Серпинского Губка Менгера Рисунок 4.Губка Рисунок 5. Множество Менгера ММенгера Мандельброта - Нестационарные фракталы (атмосферные вихри, клеточный рост организма и др.). Самоподобие состоит в неизменности законов развития структуры в разных масштабах времени.

Мультифракталы – сложные, неоднородные фрактальные объекты, обладающие статистическими свойствами, имеющие целый спектр размерностей.

После разработки теории фракталов (70-е гг.) стало ясно, что большинство природных и искусственных объектов (в том числе и артефактов культуры) ф р а к т а л ь н ы! Фракталы открывают простоту сложного. Как это понять? Фрактал, даже если не повторяет структуру в точности, содержит и отражает в любой своей части всё целое. Отсюда вытекает свойство голографичности фрактального объекта - по любому произвольно выбранному участку можно восстановить всю картину. Это свойство ярко проявляется в строении живого организма. Имея лишь одну клетку, можно получить информацию обо всем организме, причем, совершенно неважно, что это за клетка. Любая клетка несет в себе полную информацию обо всём организме. На рис.6 представлена фрактальная модель лёгких, отображающая иерархию трахей и бронхов3.

Рисунок 6. Фрактальная структура лёгких.

Общее свойство всех типов фракталов - балансирование на грани порядка и беспорядка, космоса и хаоса. Природные фракталы являются часто нелинейно-самоподобными.

Принцип бесконечного дробления и подобия мельчайших частиц целому - важнейший принцип «устройства» природы. Именно возможность варьирования первичных достаточно простых элементов на основе многообразных, но строго соблюдаемых в каждом случае закономерностей, и обеспечивает неисчерпаемое разнообразие природных форм. Вспомните из школьного курса принцип построения атомов разных химических элементов.

Так и устроен наш мир: реальность фрактальна. Во фрактальной структуре любая произвольная точка является точкой разветвления. Математики (из книги Mandelbrot B. Fractals:Forms. Chance fnd Dimtnsion, -San Francisko: W, II,Freeman and Co., 1977).

говорят: «Фрактал - бесконечно самоподобная фигура с дробным числом измерений». В настоящее время придумано множество искусственных моделей, иллюстрирующих фрактальный принцип. Появились формулы, позволяющие моделировать природные процессы: превращения облаков, развитие листа. В основе этих методов лежит теория фракталов.

Выясним роль фрактала в механизме самоорганизации. В начальный момент самоорганизации фрактал — своего рода «микрозатравка», из которой возникающая микроструктура вырастает до макроуровня в том же виде. Можно сказать, что диссипативная структура фрактальна по своей природе.

Фрактальная структура благодаря избыточности и нерегулярности хорошо противостоит повреждениям, что великолепно использовала природа в целях самоорганизации. Сохранившаяся при разрушении самая малая часть фрактала в благоприятных условиях вновь и вновь начнёт нарастать, сохраняя свои первоначальные качества и структуру. Именно это свойство фракталов обеспечивает «прорыв микрофлуктуаций на макроуровень». Можно ли наблюдать этот процесс?

как объекты самоорганизации Диссипативные макроструктуры вполне наблюдаемы в нашем окружении: завихрения при ускорении движения жидкости;

смерчи и торнадо в атмосфере и на море;

зажигание лазерного луча, развитие зародыша из зиготы;

недовольство группы людей, перерастающее в бунт;

рост народонаселения планеты, и многое другое.

Обобщая, процесс самоорганизации («порядок через флуктуацию») можно представить так. Открытая сложная система с нежёсткими связями между элементами приводится в сильно неустойчивое - хаотизированное состояние. Тогда она становится чувствительной к слабым внешним воздействиям. Под влиянием поступления извне энергии (вещества, информации) случайно усиливается та или иная флуктуация, и начинается диссипативный процесс, ведущий к нарастанию новой – диссипативной структуры (ДС) более высокого качества и уровня организации, чем окружающая хаотизированная среда. Создаётся ДС путём согласованного (кооперативного) взаимодействия соседних элементов, ответственных за усиленную флуктуацию. С учётом фрактальности диссипативной структуры её новые свойства сохраняются и на макроуровне. В системе образуется новый элемент (свойство, функция и др.), совершенствующий всю систему в целом. Возникают новые «параметры порядка», подчиняющие себе все другие параметры системы, и она переходит на более высокий уровень организации. Если поддержка извне прекратилась до завершения процесса, то ДС не разрушается полностью: фрактальная по сути, она может при благоприятных условиях много раз самовосстанавливаться. Согласитесь, на этот механизм самосовершенствования хорошо накладывается теория происхождения на Земле живого вещества из неживого.


чувствительности системы к слабым, Состояние повышенной случайным внешним воздействиям называется в синергетике бифуркацией.

Этот краткий момент балансирования системы на острие выбора между будущими состояниями, когда судьба всей системы зависит от вторжения одной случайной флуктуации, называют феноменом самоорганизованной критичности (его обозначают также как точку сингулярности, фазовый переход II рода). В состоянии бифуркации — наиболее хаотизированном — именно случайность подталкивает систему на тот или иной путь развития, и происходят кардинальные изменения её свойств.

В нелинейных средах (системах) изначально существует спектр возможных структур развития (например, физический вакуум содержит в себе возможность рождения всего набора фундаментальных частиц или:

оплодотворённая клетка определяет вид развивающегося их неё организма).

Под воздействием внешней среды система случайным образом, за счет усиления тех или иных флуктуаций, выбирает дальнейший путь своего существования и развития, исходя из собственного «поля возможностей».

Поэтому саморазвитие понимается как инициирование потенциально имеющегося в системе, а не наведение порядка извне. Только «для справедливости» важно уравнять все возможности, т.е. привести систему (или её отдельную область) в хаотизированное состояние. Самоорганизуясь, система сама себя выводит из хаоса к более совершенному порядку через случайные внешние воздействия малого порядка. Сильные внешние воздействия, как отмечалось, могут разрушить систему или навязать несвойственное ей функционирование, что также, в конечном счёте, приведёт к деградации и развалу системы.

Парадоксальность и новизна синергетического подхода как раз и состоит в том, что развитие представлено как внутренний процесс, а хаос — конструктивным началом выступает «творящий», «детерминированный». Соответственно можно утверждать: случайность и закономерность на этапе бифуркации состоят в отношениях дополнительности (взаимоисключают друг друга, но по отдельности не существуют). Сама случайность — «блуждание по полю возможностей».

Она — пусковой механизм, выводящий систему на одну из собственных относительно устойчивых структур (даже приводящих к катастрофе). Это новообразование обусловлено соответствующими формами самоструктуризации объекта. Так, расчёты на ЭВМ дают 10152 возможных структур пламени для процессов горения в открытых нелинейных средах. А как велик спектр элементарных частиц, рождаемых вакуумом, биологических форм существования живого, видов астрофизических объектов, экономических и политических структур в обществе, наконец, разнообразия личностей в рамках населения Земли? Почему? Исход бифуркации теоретически непредсказуем! Это неуправляемый, очень вариативный и спонтанный этап саморазвития. Связь между прошлым и будущим в момент бифуркации отсутствует.

Процессы самоперестройки носят всегда целенаправленный характер, им присуща достаточная автономность, относительная независимость от окружающей среды. Сама цель, направляющая поведение нелинейной системы, называется (лат. «притягивать»). В другом аттрактором понимании [4, 5] аттрактор рассматривается как реальная структура — новообразование, на которое выходит система после прохождения точки бифуркации. Аттрактор составляет «гибкое ядро» в математических моделях, описывающих конкретные открытые неравновесные системы разной природы, вычисляется его вид. Для понимания смысла аттрактора и его видов необходимо ввести понятие «фазового пространства» (ФП). В общем случае состояние некоей сложной системы можно описать n-мерной функцией f(а1, а2, а3, … аn). Состояние системы в определённый момент времени «t» можно отобразить «эволюционной точкой A» в 6N-мерном пространстве (3N пространственных координат и 3N импульсов движения частей). В ходе эволюции система изменяет свои параметры и фиксация промежуточных состояний системы даёт «эволюционную» (фазовую) траекторию АВСD… (рис. 7).

Фазовое N-мерное 6N пространство B A C D ?

0 t Рис. 7. Фазовая траектория эволюционного движения системы.

Аттрактор как бы притягивает множество фазовых траекторий движения системы. Когда она попадает в «область влияния» какого-то аттрактора, то неизбежно эволюционирует к этому устойчивому состоянию. Довольно простой, но убедительный по смыслу аналогией аттрактору может служить горное озеро, в которое стекаются ручьи с окружающей местности: озёро — аттрактор, местность — фазовое пространство, её рельеф — законы эволюции, направляющие к стоку. Суть аттрактора, заданность движения системы к нему, на наш взгляд, хорошо отражают известные пословицы:

«Коготок увяз — всей птичке пропасть» или: «Не было ни гроша — да вдруг алтын».

Хаос контролирует и направляет систему в момент входа и выхода из аттрактора. Благодаря своей конструктивной роли и возможностям хаос сверхсложную самоструктуризации можно рассматривать как структуру. Математик Э. Лоренц (1963 г.) доказал, что физический хаос — кажущийся беспорядок и может быть строго описан математически, т.е.

имеет внутренний порядок, но он очень сложен. Хаос можно представить как «беспорядок множества порядков» (аналогия: беспорядочная куча соломы, где каждая соломинка - порядок).

Математическая теория бифуркации выделила и описала несколько видов аттракторов (рис.8):

Фазовый объём 12 57 3 A 1 B B А а) б) в) г) Рисунок 8. Виды аттракторов.

Фокус (точка, узел), когда состояние-аттрактор однозначно и единственно (рис. 8а). Конечная точка-аттрактор представляет собой финальное состояние любой траектории в пространстве. Примерами могут быть колебания реального маятника, скатывание шарика в глубокую яму.

Точечный аттрактор можно охарактеризовать как «целеустремленный», однозначный (по принципу: «черное - белое, хорошее - плохое, симпатия антипатия»).

Замкнутая (в идеале — окружность) кривая (рис. 7б). В этом случае происходят колебания состояния системы около равновесия, когда положение и параметры периодически повторяются. Примером могут быть:

гармонические колебания маятника, возможная модель пульсирующей Вселенной, движение планет в Солнечной системе и др. Диссипативная система под названием «химические часы», меняя регулярно цвет раствора, эволюционирует не к какому-нибудь состоянию, а к устойчивому временному, периодическому режиму. В этом случае аттрактор - замкнутая линия, описывающая периодические во времени изменения цвета. Циклический аттрактор притягивает, затем отталкивает, затем снова притягивает и т. д. Им характеризуется, например, экономический рынок (колебания цен в некоторых пределах), Этот аттрактор более сложен, чем точечный аттрактор, и является основной структурой для более сложного колебательного поведения.

Тор или Торас (кольцо, «бублик») отражает тот факт, что в процессе эволюции система не выходит за пределы его объёма, но внутри тора положение эволюционной точки предсказать нельзя (рис. 8в). Этот вид аттрактора свойственен таким структурам самоорганизации, как вихри, смерчи, торнадо в атмосфере и других средах, климатическим параметрам времён года. Эволюционная траектория образует спиралевидные круги в ряде различных плоскостей и иногда возвращается сама к себе, завершая полный оборот. Основная характеристика тора-аттрактора - повторяющееся действие, он реализует что-то вроде беспорядочного гомеостазиса.

Странный аттрактор («привлекающий хаос») — самый сложный вид.

Эволюционное движение системы в принципе непредсказуемо: возможно только ограничить область фазового пространства (рис.8г), из которой система не выходит. Это образ хаоса в фазовом пространстве.

Эволюционные траектории как бы запутываются внутри, происходит своего рода блуждание в ограниченном объёме ФП, причём, близкие траектории могут быстро расходиться, а дальние — сближаются (рис.9).

В природе примеров странного аттрактора много: климат (невозможно точно предсказать погоду в какой-то день, хотя времена года стабильно различаются), движение магнитных полюсов Земли, работа сердца и коры головного мозга, морфогенез и многое другое [3, 5, 6, 8]. На графике аттракторы (а – в) выглядят как схождение траекторий к одной точке или петле, в пределах которой регулярно колеблется состояние системы: точка схождения не зависит от того, из Рисунок 9. Странный аттрактор.

какого места графика тянется траектория, то есть от начальных условий движения. Странный аттрактор (8г) на графике можно представить множеством пульсирующих линий в трехмерном пространстве, подобных вибрирующим струнам. Траектория не пересекает саму себя, образуя лишь новые и новые петли. Изгибы линии имеют очертания, чем-то похожие на крылья бабочки или на двойную спираль в трехмерном пространстве (рис. 9), в её основе лежит лента Мёбиуса - одномерная поверхность. Странный аттрактор геометрически является фракталом.

Следует помнить, что каждая часть сложной системы сама – система и обладает своим набором аттракторов (Пример: человечество – нация -… отдельный человек). Что является аттрактором для Большой системы, может для малой системы служить контрольным параметром (нормы морали – конкретное поведение индивидуума).

Всегда ли система приходит к выбранному аттрактору? Даже в хорошо организованной системе за счёт флуктуаций и вероятностного характера взаимодействий накапливаются «дефекты», и она вновь окажется в неравновесном состоянии. Исход из него – новая бифуркация и, вероятнее всего, – другой аттрактор и так далее… Возникает, казалось бы, странный вопрос: настоящее определяет будущее или наоборот? И неожиданный ответ. Не может быть функционирования вне цели: движение к своему аттрактору и составляет настоящее системы. Будущее состояние системы как бы притягивает наличное её состояние или, как говорят, будущее «временит» настоящее»


[5]. К примеру, получение в будущем диплома о высшем образовании заставляет студента-культуролога постигать в настоящем необычный по тематике спецкурс «Синергетика».

Одномоментный бифуркационный этап в развитии системы быстро завершается. Далее, если состояние-аттрактор равновесно, — объект более не изменяется и, как закрытая физическая система постепенно увеличивая свою энтропию, разрушается.

Если же устойчивое состояние-аттрактор неравновесно, то после прохождения точки бифуркации (точка D на рис. 6), когда система сделала выбор, начинается протяжённый э в о л ю ц и о н н ы й этап. Именно эволюционная фаза жизнедеятельности любого материального и духовного объекта действительности является предметом исследования классической науки, поскольку в ходе протяжённой по времени эволюции проявляются объективные закономерности, дающие основания понимать прошлое, настоящее и будущее системы (в рамках движения к выбранному аттрактору).

Наш мир в целом претерпевает непрерывные изменения, и мы наблюдаем его непрекращающуюся эволюцию. Потому всё, что происходит вокруг нас, в том числе и становление Разума, можно считать процессами самоорганизации материи, то есть процессами, идущим за счёт внутренних стимулов, не требующих вмешательства внешних, не принадлежащих системе факторов, (в том числе и идеи Создателя или «первого толчка»).

Отметим, бифуркационный механизм играет важнейшую роль в общей эволюционной схеме развития, как в природе, так и в обществе. Именно бифуркация является источником роста разнообразия различных форм материи, существования непрерывно возрастающей сложности её однонаправленность развития:

организации и определяет процесса бифуркация – эволюция – новая бифуркация – и т.д. Вероятностный характер бифуркационного процесса делает эволюцию необратимой, а отсутствие обратимости эволюции ведёт к другому фундаментальному факту – В этом проявляется общая необратимости времени.

направленность единого эволюционного процесса: от простого – к более сложноорганизованному. А сам факт необратимости называется будущее эволюционирующего синергетической «стрелой времени»:

объекта – в направлении более сложной и совершенной его структуры.

Так материя, самоорганизуясь, в своём нескончаемом процессе совершенствования переходит от одних форм, свойств, способов существования к другим, имея бесконечные возможности выбора (только у пламени их 10152!).

3.2. Самоорганизация в открытых нелинейных системах Возникновение «порядка через флуктуацию» — не единственный путь возникновения процессов самоорганизации в открытых неравновесных системах (ОНС). Изучены и подтверждены практикой другие механизмы качественного изменения ОНС. Прежде чем их рассмотреть, подчеркнём фундаментальную особенность процессов самоорганизации независимо от вида запускающего её механизма. Идею взаимодействия элементов или частей между собой, а также системы в целом с окружающей средой нельзя назвать новой. Но в синергетике связи взаимодействия системы, приводящие к неравновесию, усилению флуктуаций, выступают как решающий фактор для возникновения когерентного (т.е. совершенно одинакового) поведения Самоорганизация всегда связана с элементов/подсистем ОНС.

кооперативными процессами, коллективистским поведением частей системы. Только при таком целесообразном, согласованном поведении группы элементов возникают новые структуры. Обычного взаимодействия элементов для саморазвития недостаточно.

Случайность выбора пути развития создаёт впечатление полной непредсказуемости и неконтролируемости будущего. Так ли это?

Синергетика не отменяет детерминизм, а развивает его в новый тип причинности, отличный от классического. Выбор дальнейшего пути развития — результат блуждания по «полю возможностей» данной системы. А возможности — не бесконечны, их можно обозреть хотя бы на математических моделях и увидеть, что «ветвящиеся дороги эволюции развитие канализовано ограничены», всякое [5]. Иными словами, неопределённость в возникновении нового есть, но в рамках вполне определённого и конечного поля возможностей.

В момент бифуркации, когда исход непредсказуем, можно констатировать отсутствие причинно-следственных связей между прошлым и будущим. Но далее — на эволюционном этапе — уже реализуется вероятностный детерминизм. Вариативность развития объекта тем шире, чем больше разброс в составе компонентов (подсистем), многообразнее спектр индивидуальностей групп элементов и их действий. Разнообразие возможностей придаёт системе гибкость, делает её более жизнеспособной, устойчивой в многовариантном будущем.

Синергетическое понимание детерминизма хорошо накладывается на современную социальную обстановку в стране и питает социальный оптимизм. Наше движение от тоталитарного прошлого, переживая сегодня состояние неустойчивости, хаотизации, даёт надежду на относительно устойчивое демократическое будущее.

Принципы синергетики допускают достаточно простое качественное их объяснение. Но применительно к любой реальной системе требуются серьёзные математические и другие специальные знания самого высокого теоретического уровня. Математический аппарат синергетики включает почти весь фонд современной математики (дифференциальные уравнения, теорию вероятностей, теорию катастроф, матричную алгебру, топологию, фрактальную геометрию, теорию игр и многое другое). Используется аппарат теоретической физики и химии, разработана даже новая их область — неравновесная термодинамика. Теория динамических систем позволяет использовать математические модели безотносительно к природе самоорганизующихся систем. Напомним, модель в математике — система уравнений, описывающих некий процесс.

В математическом моделировании на ЭВМ реальный процесс (система) считается «чёрным ящиком», а модель — «белым ящиком», так как её строят, исходя из известного о параметрах, поведении системы и т.п. Задача моделирования — приблизить Белый ящик к Чёрному ящику. Их совмещение означает имитацию реальной системы в целом [4].

Распространяя принцип дополнительности на область моделирования, можно утверждать, что с помощью одной модели, как бы верна она ни была, невозможно совместить «чёрный» и «белый» ящики. Для описания ряд моделей, реальной системы (тем более сложной) потребуется дополняющих друг друга, каждая из которых отвечает на множество вопросов о системе и её функционировании. Причём ни одна модель не строится как замкнутая («самодостаточная»), т.е. каждая из них — модель второго (и более) поколения.

Напомним, что нелинейность в математическом смысле отражает вид уравнений состояния системы, содержащих неизвестные в степени n 1 (или есть динамические коэффициенты, зависящие от времени или свойств меняющейся среды). Такие уравнения имеют несколько частных решений, зависящих от начальных условий. Отсюда выводится физический смысл частных решений — существование множества вариантов состояния Нелинейность обусловливает системы, которые они описывают.

многовариантность путей эволюции системы, идею выбора и необратимости самого хода её развития. Настоящее по этой же причине — уникально, поскольку неповторимо. Над этим стоит задуматься… Использование моделирования в познании указывает на смену тактики научных исследований. Природы медленно Стратегия подчинения сменяется стратегией подражания ей.

Неравновесная термодинамика (раздел физики) позволила создать для целей исследования самоорганизующихся систем содержательную фундаментальную диссипативную модель «с источниками и стоками». Для неё разработаны относительно простые частные нелинейные математические модели, имеющие большое познавательное содержание. К тому же обнаружены общие свойства у широкого класса математических уравнений состояний (со степенной нелинейной зависимостью). Это позволило дать следующую синергетическую интерпретацию процесса самоорганизации.

Открытой неравновесной системе (ОНС) приписывается наличие объёмных источников (J) и стоков (S). Обмен энергией (веществом, информацией) происходит не только через границы ОНС, но в каждой её точке (примером такой среды может быть город с его транспортными магистралями, сердечно-сосудистая система организма, процессы в коре головного мозга, общество). Роль источников и стоков энергии разная: за счёт стоков образуются стационарные структуры. Но в синергетике внимание исследователя направлено на нелинейные источники, создающие нестационарные структуры.

Было установлено, что открытости системы недостаточно для процесса двух начал:

самоорганизации. Всё зависит от игры, соревнования наращивания неоднородностей, создания новых структур объёмными источниками и рассеивающего, размывающего неоднородности влияния стоков. В зависимости от преобладания того или иного начала возможны типа развития интенсивных процессов в среде. Волны схождения (LS режим) — это локализация структур и возрастание интенсивности в узкой области вблизи максимума, образование новой микроструктуры. Теория рассматривает LS-режим в качестве аналога закона инерции. Как и в механике Ньютона, где инерция проявляется как идеальный случай, так и LS режим существует, но обнаруживается в идеальных условиях и на микроуровне. Всякое свёртывание сложности, упрощение модели среды ведут к вуалированию этой формы существования сложных структур.

Остаётся «видимой» только деятельность стоков (своего рода аналог трению), размывающих неоднородности — волны расхождения. Это уже HS режим. Чтобы воздействовать на среду через LS-режим, необходим соответственно более тонкий подход, реализуемый природой, но пока слабо осознаваемый и потому неуправляемый человеком.

Доказано существование сложного спектра структур-аттракторов в LS-режиме в фазе обострения. При этом математически доступно первоначально сложные модели состояний изучаемых систем (даже бесконечномерных, хаотизированных, но открытых) свести к более простым моделям, описывающим основные тенденции, направление, цели развития и структуры-аттракторы.

Так, были экспериментально обнаружены феномены инерции тепла, локализации пламени, волны схождения и расхождения при горении. Более того, было выдвинуто предположение, что при сильной нелинейности среды возможно переключение с HS- на LS-режим и обратно. Их можно считать взаимодополнительными: их темпомиры противоположны друг другу, но только совместно они совершенствуют среду. Удивительна ещё одна возможность такой дополнительности. Прошлое «диффундирует», просачивается в настоящее, а будущее тоже пронизывает настоящее: «вчера»

и «завтра» могут быть проявлены в «теперь» [5, С.160]. В древней китайской философии этот момент соответствует переходу между состояниями «инь» и «ян». Бинарное понятие «инь-ян» применялось для выражения сменяющих друг друга явлений, противоположностей. Таковыми можно считать: свет и тьму, Солнце — Луну, огонь — воду. Из того же ряда сменяющих друг друга начал: активность — пассивность, жизнь и смерть, Земля4.

небо и В силу закономерного чередования сущностей Философский энциклопедический словарь. - М.: Сов. энциклопедия, 1983. - С. 218.

сложноорганизованные системы, достигая развитого состояния, имеют тенденцию к распаду, устойчивость оборачивается вновь неустойчивостью — цикл замыкается. Теория самоорганизации предполагает, что открытые системы с сильной нелинейностью своей среды пульсируют [4, 8].

Как пульсации сказываются на развитии таких систем? В ходе их саморазвития тенденции дифференциации сменяются интеграцией, разбегание — сближением, ослабление связей — их усилением. Иными словами, живой порядок самоорганизации — это порядок пульсаций, балансирования, колебаний между централизующим началом и хаосом. Это следует из глубокого разделения во времени двух начал мира — двух режимов развития процессов и необходимости их периодического переключения.

Ещё раз подтверждается тезис о том, что познание развивается по спирали, проникая в более глубокий смысл на каждом новом витке.

Вспомните представления древних о цикличности времени. С позиций синергетики, мир идёт к единству не монотонно, а предстаёт пульсирующим, имеющим свои «ритмы жизни», через чередование распадов и новых, более мощных объединений. За распадом у сложной открытой системы всегда есть шанс на возникновение нового, ещё более организованного состояния распад ускоряет (возродиться, как «феникс из пепла»…). Более того, эволюцию системы, сокращая время выхода на новый аттрактор. Тем самым, возникают теоретические основания надеяться на «светлое будущее» любой ОНС, например, нашей стране — в связи с распадом СССР и полной деградацией промышленности, сельского хозяйства, финансового состояния.

Временно'й ход событий в неравновесной системе приобретает принципиальное значение. Для динамических систем время как длительность событий различается на непрерывное и дискретное. В случае макротел и макропроцессов отдельные флуктуации сливаются, поэтому движение и взаимодействие в макромире описываются в непрерывном времени. Но, практически, все реальные процессы в мире — циклические, тем более в живой природе. Развитие, особенно живой материи, лучше описывать в терминах дискретного времени, определяемого жизненным циклом объекта.

При изучении явлений жизни его называют «биологическим временем».

Эволюционные процессы в открытых неравновесных системах могут привести к созданию всё более сложных образований путем интегрирования в целое структур, развивающихся в разном темпе. В результате объединения структуры приобретают общий момент обострения и начинают жить в одном темпомире.

Любую сложноорганизованную систему и Природу в целом можно представить множеством темпомиров, проникающих друг в друга, взаимно независимых или параллельных. Синергетика ищет ответ на вопрос: как происходит объединение структур разного возраста и темпа в единое эволюционирующее целое? Сформулирован новый принцип объединения установление общего темпа развития способом частей в целое:

синхронизации периодов и фаз цикличности [4, 5, 8].

Принципиально важно, что при интеграции структур разного возраста проявляется своеобразный «дефект затрат», ведущий к экономии энергии и ресурсов (можно сопоставить с дефектом массы в ядерных реакциях).

Отсюда вытекает важное эволюционное правило: развиваться сложным структурам выгоднее вместе. Что означает следующее: если на начальном этапе топологически правильно организованы входящие структуры и используются элементы «памяти» (ДНК, научные знания, культура в целом), то целое будет развиваться быстрее своих частей. Но объединяться в новую сложность могут не любые структуры и не в произвольном сочетании. С позиций синергетики, вероятнее всего, в мире существует ограниченный набор способов объединения и построения сложного. «Эволюционный коридор в сложное очень узок, движение в сторону усложнения означает реализацию все менее вероятных событий» [5, с.65]. Следует заметить: если развитие в мире идет (как тенденция) в сторону усложнения, то нельзя отрицать идею сверхсложной структуры (Сверхразума?) как состояния аттрактора нашего темпомира, возможно, уже зарождающегося в настоящем, но с которым человечество пока не умеет установить связь.

Внимательно оглядевшись вокруг, мы можем увидеть, что ритмичность, пульсация органически присущи Природе живой и неживой.

Примерами периодичности могут служить космические пульсары, ассимиляция — диссимиляция, «волны жизни» популяций, повторяемость революций в обществе и науке, подъём и спад в экономике, радость – горе и т.д. Весь наш мир подвержен периодическим колебаниям на всех уровнях его иерархии.

Существенные изменения в синергетике претерпело понятие «управление». Классически управление рассматривается как линейный процесс внешнего специфического воздействия, при котором результат пропорционален приложенным усилиям. Мощнее воздействие — больше эффект, то есть управляющее воздействие однозначно определяет желаемый результат. Но возникновение «порядка через флуктуацию» связано с малым, случайным воздействием, вызывающим непропорционально сильный, нелинейный эффект. Поэтому синергетика отвергает метод прямого — «волевого», специфического — воздействия на открытые неравновесные системы. Он ведёт к хаотизации режима, непредсказуемости поведения системы и даже к её распаду.

Особенно убедительно это положение иллюстрируется на примере социальных и других «человекомерных» систем. Следует, наконец, осознать, что авторитаризм в управлении социальными структурами, его жёсткость и насильственная переделка ведут к обратному — хаосу, кризису системы, удалению от желаемых результатов. Об этом стоит задуматься, размышляя о возникновении и гибели тоталитарных режимов в жизни разных стран, кризисах экономики, волюнтаризме власти. Те же беды — в обучении и воспитании детей. Разве конфликт со своенравным учеником не из этой сферы?

Синергетика учит «управлять, не управляя». Как? Вдумаемся в мудрое изречение древнекитайского философа Лао-Цзы: «Слабое побеждает сильное…». Эффективное управление сложным объектом — это резонансное внешнее воздействие. Резонанс при этом понимается как результативность малых, но топологически правильных внешних влияний (в нужный момент, в нужном месте и в нужной форме). Они «подталкивают» систему на один из собственных её путей развития. Суть управления не в воздействии извне (оно слабое и может быть изнутри), а инициировании за его счёт возможностей самой системы, включении внутреннего механизма саморегулирования и самопостроения. Поэтому сложная открытая система способна сама себя выстраивать, необходимо только усиление желательных тенденций. Чем разнообразнее возможности, состав системы, разработанность связей всех типов, тем вероятнее эта система способна выжить в изменяющихся условиях развития.

Учитывая множественность путей развития, управляющему субъекту нужно просчитать возможные варианты, выбрать оптимальный «сценарий» и подталкивать, регулируя внутренние и внешние воздействия, систему на этот путь. Важно и другое: далеко не все теоретически рассчитанные направления развития реализуемы. Необходимо знание (и принятие!) ограничений.

Эволюционные правила запрета синергетика формулирует, опираясь на знания высокого доказательного уровня, полученные современной наукой в изучении данной системы. Не менее важными становятся моральные, нравственные, эстетические и другие гуманитарные критерии, отражающие духовность мира. Здесь истоки интегративности синергетики, единства в ней не только естественнонаучной и гуманитарной ветвей познания, но и философии, и даже религии.

Отрицая чисто человеческий — «волевой» — тип управления природным объектом, синергетика не абсолютизирует и биологического подхода к развитию, который отражает теория Дарвина: жёсткий отбор — конкуренция — выживание наиболее приспособленных видов. Мир устроен гораздо сложнее и тоньше. Не менее важна в природе кооперация, взаимоподдержка, совместная эволюция. Причём, взаимодействие в случае самоорганизации приобретает характер взаимоСОдействия на получение общего результата. Природой разработаны естественные механизмы самоорганизации, следуя которым, человек может ускорить выход управляемой им системы на нужный аттрактор и эволюцию в целом.

Синергетический подход к управлению усиливает роль Человека в конкретной ситуации управления открытыми неравновесными системами.

Знание принципов и механизмов самоорганизации позволяет вести поиск разных способов управления их развитием. Напомним их:



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.