Синергетика: різні погляди
Збірник статей із синергетики
У цій роботі представлені основні статті провідних фахівців у галузі систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» Тут безперечно можна знайти. Робота містить у собі кілька окремих розділів, пов'язаних спільною темою.
Синергетика: різні погляди
Збірник статей із синергетики
У цій роботі представлені основні статті провідних фахівців у галузі систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» Тут безперечно можна знайти. Робота містить у собі кілька окремих розділів, пов'язаних спільною темою.
Лисенко О.А.
Лисенко О.А.
Група ПС-114
20.12.2007
Зміст:
ü Введення від автора
ü Синергетика
ü Синергетична модель динаміки політичної свідомості
ü Синергетика і кібернетика
ü Синергетика і методологія системних досліджень
ü Синергетичні стратегії в освіті
ü Самоорганізація в фізико-хімічних системах: народження складного
ü Синергетика і нові підходи до процесу навчання
ü Синергетика та освітні цінності
ü Синергетика і глобальні проблеми сучасності
ü Синергетика і біологія
ü Що таке синергетика?
ü Синергетика і проблеми управління в техніці, економіці та соціології
ü Синергетика та Інтернет?
ü Синергетика і детермінізм
ü Синергетичний виклик культурі
ü Роль і місце синергетики в сучасній науці
ü Ps Два слова про моду на синергетику
- Отже, ви хочете знати, який простий і ясний відповідь на Великий Питання Життя, Всесвіт і всього іншого? запитався Проникливий Інтеллектоматік.
-Так! Негайно! вигукнули інженери.
-Сорок два, з безмежним спокоєм повідомив комп'ютер.
(Дуглас Адамі, Керівництво для подорожуючих автостопом по галактиці)
Якщо своєю роботою я зацікавлю хоча б однієї людини, якщо він пізнає безкрайні можливості синергетики я вважаю своє завдання виконаним ...
Існує цілий клас задач, які складаються в описі поведінки складних систем, при вирішенні яких вивчення поведінки окремих елементів системи не дозволяє ефективно описати процеси, що йдуть в системі на макрорівні. Мова в даному випадку йде про процеси самоорганізації, хаотичного виникнення в різних середовищах упорядкованих структур за рахунок підведення до них енергії.
З іншого боку, хоча подібні системи мають абсолютно різну природу, число математичних моделей, які використовуються для опису процесів у них невелика. Тобто, там, де присутня впорядкованість, внутрішня складність макросистем не виявляється, вони ведуть себе подібним чином. Власне синергетика займається пошуком і вивченням моделей складних систем, питаннями виникнення порядку з хаосу та переходу від впорядкованих структур до хаотичних.
В якості прикладів самоорганізованих систем можна назвати потік рідини, який у міру збільшення швидкості перестає бути ламінарним, в ньому утворюються складні впорядковані структури. При подальшому збільшенні швидкості течії виділити впорядкованість стає все складніше, і потік набуває хаотичний вигляд. До складних самоорганизующимся систем відносяться живі організми будь-якого рівня, від клітин до соціумів. У неживому світі приклади самоорганізації також можна знайти скрізь, аж до великомасштабного будови всесвіту [15] ...
Глава 1. Фізичні системи
Останні кілька десятиліть розвитку фізики показали, що впорядкованість утворюється у відкритих системах (обмінюються речовиною та енергією з навколишнім середовищем), що знаходяться в нерівноважному стані. Такі системи зазвичай виявляються нестійкими, не завжди повертаються до початкового стану. Їм властива наявність біфуркаційних точок, де не можна однозначно передбачити подальшу еволюцію системи. При цьому мале вплив на систему може призвести до значних непередбачених наслідків (до розкриття нестійкості). У відкритих системах, далеких від рівноваги, виникають ефекти узгодження, коли елементи системи корелюють свою поведінку на макроскопічних відстанях через макроскопічні інтервали часу. У результаті узгодженої взаємодії відбуваються процеси виникнення з хаосу певних структур, їх ускладнення.
Власне синергетика виникла з об'єднання трьох напрямків досліджень: розробки методів опису істотно нерівноважних структур, розробки термодинаміки відкритих систем і визначення якісних змін рішень нелінійних диференціальних рівнянь.
Дисипативні системи
Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, називають дисипативними. У таких системах енергія упорядкованого руху переходить в енергію неупорядкованого хаотичного руху, в тепло. Якщо замкнена система (гамильтонова система), виведена зі стану рівноваги, завжди прагне знову прийти до максимуму ентропії, то у відкритій системі відтік ентропії може врівноважити її зростання в самій системі і є ймовірність виникнення стаціонарного стану. Якщо ж відтік ентропії перевищить її внутрішнє зростання, то виникають і розростаються до макроскопічного рівня великомасштабні флуктуації, а за певних умов у системі починають відбуватися самоорганізаційні процеси, створення впорядкованих структур.
При вивченні систем, їх часто описують системою диференціальних рівнянь. Представлення рішення цих рівнянь як руху деякої точки у просторі з розмірністю, що дорівнює числу змінних називають фазовими траєкторіями системи. Поведінка фазової траєкторії в сенсі стійкості показує, що існує кілька основних його типів, коли всі рішення системи, в кінцевому рахунку, зосереджуються на деякій підмножині. Таке підмножина називається аттракторів. Аттрактор має область тяжіння, безліч початкових точок, таких, що при збільшенні часу всі фазові траєкторії, що почалися в них прагнуть саме до цього аттрактору. Основними типами атракторів є стійкі граничні точки, стійкі цикли (траєкторія прагне до деякої замкнутої кривої) та тори (до поверхні яких наближається траєкторія). Рух точки в таких випадках має періодичний або квазипериодический характер. Існують також характерні тільки для дисипативних систем так звані дивні атрактори, які, на відміну від звичайних не є подмногообразіямі фазового простору (не вдаючись у подробиці, зазначу, що точка, цикл, тор, гіпертор - є) і рух точки на них є нестійким, будь-які дві траєкторії на ньому завжди розходяться, мала зміна початкових даних призводить до різних шляхах розвитку. Іншими словами, динаміка систем з дивними аттракторами є хаотичною. Рівняння, що володіють дивними аттракторами зовсім не є екзотичними.
Як приклад такої системи можна назвати систему Лоренца, отриману з рівнянь гідродинаміки в задачі про термоконвекціі підігрівається знизу шару рідини. Чудовим є будова дивних атракторів. Їх унікальним властивістю є скейлінговая структура чи масштабна самоповторяемость. Це означає, що збільшуючи ділянку аттрактора, що містить нескінченну кількість кривих, можна переконатися в його подобі великомасштабного поданням частини аттрактора. Для об'єктів, що мають здатність нескінченно повторювати власну структуру на мікрорівні існує спеціальну назву - фрактали.
Для динамічних систем, що залежать від деякого параметра, характерно, як правило, плавну зміну характеру поведінки при зміні параметра. Однак для параметра може бути деяке критичне (біфуркаційні) значення, при переході через яке аттрактор зазнає якісну перебудову і, відповідно, різко змінюється динаміка системи, наприклад, втрачається стійкість. Втрата стійкості відбувається, як правило, переходом від точки стійкості до сталого циклу (м'яка втрата стійкості), вихід траєкторії з стійкого положення (жорстка втрата стійкості), народження циклів з подвоєним періодом. При подальшій зміні параметра можливе виникнення торів і далі дивних атракторів, тобто хаотичних процесів.
Тут треба обумовити, що в спеціальному значенні цього слова хаос означає нерегулярне рух, що описується рівняннями детерміністичних. Нерегулярне рух має на увазі неможливість його опису сумою гармонічних рухів.
Розподілені системи
У системах, розглянутих вище, передбачалася обмеженість числа фазових змінних. Однак більш близькими до реальності є розподілені системи з безкінечномірні фазовим простором, типовим прикладом яких є активні середовища. Дослідження показують, що в цих системах можуть існувати Скінченновимірні атрактори. Існування нескінченновимірних атракторів ще не вивчено.
Реакція Бєлоусова-Жаботинського
До п'ятдесятих років нашого століття вважалося, що в реакціях неорганічних компонентів періодичні явища спостерігатися не можуть, хоча перші відомості про спостереження таких реакцій датуються кінцем XIX століття. Сучасний етап у дослідженні коливальних хімічних реакцій почався з випадкового відкриття, зробленого в 1958 році Б. П. Бєлоусовим, який зауважив, що якщо розчинити лимонну і сірчану кислоти у воді разом з броматом і сіллю церію, то забарвлення суміші змінюється періодично від прозорого до блідо -жовтою. Систематичне дослідження цієї реакції провів через кілька років А. М. Жаботинський. Він же зазначив виникнення в ході цієї реакції різних упорядкованих структур. Відразу після цього було створено безліч варіантів реакції з більш швидкими і більш повільними осциляціями. Проте детальне вивчення глибинних механізмів реакції було проведено тільки в сімдесятих роках авторами роботи [19].
Цікаво розглянути типи регулярних структур, що виникають під час реакції. Найбільш простими з них є провідні центри, спонтанно виникають точки, з яких виходять концентричні хвилі. Природа таких центрів до кінця не вивчена, але так як в ході експериментів такі центри мали тенденцію до появи в одному і тому ж місці, можна сказати, що їх викликають сторонні домішки в розчині, в околицях яких елементи середовища переходять в автоколивальний режим.
Нерідко в середовищі можна виявити або спричинити виникнення спіральних хвиль. Всі спіральні хвилі мають одну частоту, центр спіралі може переміщатися. Експерименти на клітинних автоматах показали, що причиною появи спіральної хвилі може бути розрив складного фронту хвилі збудження, їх існування є виключно властивістю самоорганізації середовища та не пов'язане із зовнішніми впливами. Переміщення центру спіральної хвилі теж є чудовою властивістю, так як є резонансом хвилі з деяким зовнішнім періодичним впливом.
Описані структури здатні взаємодіяти. У дослідженнях відзначені ефекти придушення одного провідного центру іншим, більш високочастотним. Нерухомі спіральні хвилі здатні до співіснування, з іншого боку, можна створити дві переміщаються спіральні хвилі, які при зіткненні анігілюють. Такі взаємодії дозволяють говорити про побудову на базі структур активних середовищ логічних елементів (описаний приклад являє собою елемент виключає або, сигнал на виході присутній тоді і тільки тоді, коли є сигнал тільки на одному з входів).
На практиці також була доведена можливість хаотичного поведінки реакції Бєлоусова-Жаботинського, коли поява і поведінку структур не підкорялося ніякому гармонійного закону, тобто у системи з'являлася фізична реалізація дивного аттрактора. Коливальні процеси в хімічних реакціях, ймовірно, є ключем до розгадки деяких властивостей живих істот: складних біологічних годин, транскрипції ДНК, процесів у м'язах.
Турбулентність
Класичне рівняння гідродинаміки - рівняння Нав'є-Стокса - представляє потік рідини як суму часток, що рухаються. Однак такий підхід застосуємо, тільки якщо мова йде про ламінарному потоці. У міру збільшення швидкості потоку в рідині спочатку з'являються стійкі вихори. Їх число незначно, а розташування і швидкість постійно (вироджена турбулентність). При подальшому зростанні швидкості число вихорів зростає, вони починають переміщатися, утворюючи повторювану картину (частково впорядкована турбулентність). Нарешті, струнка картина руйнується, поступаючись місцем хаотичної суміші вихорів.
Провідна роль в аналізі переходу течії рідини з турбулентний стан належить О. Рейнольдсу. До нього були встановлені емпіричні закономірності для різних випадків, але саме Рейнольдс виявив, що виникнення турбулентності пов'язане з перевищенням швидкістю потоку деякої критичної величини. Йому вдалося вивести співвідношення, що зв'язує радіус труби, швидкість течії і в'язкість рідини, яке дає універсальний критерій переходу в турбулентну фазу. Проте теоретично обгрунтувати його значення Рейнольдс не зміг. Прояв турбулентності, як зміни макроскопічної в'язкості рідини пов'язаної з явищами перемішування, турбулентної дифузії було математично описано Прандтлем і, пізніше. Кишенею. Вони сформулювали поняття подібності пульсації швидкості. Подальший розвиток теорії турбулентності було зроблено Колмогоровим, який описав закон розподілу енергії за пульсаціям потоку.
Чисельне рішення довільних завдань з турбулентними потоками на базі рівнянь Нав'є-Стокса і Рейнольдса наявними в даний час обчислювальними засобами не представляється можливим. Крім цього, є ймовірність, що спрощення, зроблені при виведенні цих рівнянь, а саме ігнорування слабких взаємодій між групами атомів, може зробити таку методику непридатною, так як саме ці деталі можуть бути критичними при описі складних потоків.
Вдалим походом в даному випадку може бути статистичний опис руху. Для це будуються функції кореляції значень швидкості різних рангів. Такі функції, будучи вельми узагальненою моделлю системи, нечутливі до початкових даних і дають задовільну відповідність макроскопічному поведінки системи. Основною проблемою статистичної гідромеханіки є побудова кінцевої ланцюжка кореляційних функцій, виявлення внутрішніх взаємозалежностей законів розподілу і зміни швидкостей.
У статистичної гідромеханіки на першому місці стоїть вивчення поведінки структур, що виникають в прикордонному шарі. Саме структура потоку в цьому шарі визначає величину в'язких сил, що діють на поверхню обтічного тіла і тому основними застосуваннями теорії стали практичні завдання, що виникають при конструюванні літальних апаратів і швидкісних судів.
Дифузний зростання
При вивченні форм ростуть в умовах неоднорідностей кристалів було відмічено, що їх структура фрактальна, тобто повторюється на різних рівнях масштабу. Причини, за якими виникає така впорядкованість в деталях невідомі.
Говорячи про процес осадження частинок при електролізі, Л. Сандер [13] припустив, що поява скейлінговой регулярності може бути пов'язано з тим, що ймовірність прилипання частки до опуклого ділянці поверхні вища, ніж вірогідність її проникнення у западини. Таким чином, стимулюється розвиток відростків. Однак процес є нестійким і на відростках у свою чергу з'являються зародки росту бічних відгалужень. Таким чином, взаємодія стохастичних процесів і процесів зростання призводить до утворення величезного діапазону різних візерунків.
При цьому зазначені напрями не виключають, а взаємодоповнюють один одного, роблячи акцент на ті чи інші ідеї. Так, І. Пригожий аналізує процеси утворення впорядкованих структур з хаосу (його широко відома популярна робота так і називається "Порядок з хаосу"), з точки зору ентропійних процесів - дисипації, тоді як Г. Хакен та його школа роблять акцент на негентропії - порядок . Збірник статей із синергетики
У цій роботі представлені основні статті провідних фахівців у галузі систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» Тут безперечно можна знайти. Робота містить у собі кілька окремих розділів, пов'язаних спільною темою.
Синергетика: різні погляди
Збірник статей із синергетики
У цій роботі представлені основні статті провідних фахівців у галузі систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» Тут безперечно можна знайти. Робота містить у собі кілька окремих розділів, пов'язаних спільною темою.
Лисенко О.А.
Лисенко О.А.
Група ПС-114
20.12.2007
Зміст:
ü Введення від автора
ü Синергетика
ü Синергетична модель динаміки політичної свідомості
ü Синергетика і кібернетика
ü Синергетика і методологія системних досліджень
ü Синергетичні стратегії в освіті
ü Самоорганізація в фізико-хімічних системах: народження складного
ü Синергетика і нові підходи до процесу навчання
ü Синергетика та освітні цінності
ü Синергетика і глобальні проблеми сучасності
ü Синергетика і біологія
ü Що таке синергетика?
ü Синергетика і проблеми управління в техніці, економіці та соціології
ü Синергетика та Інтернет?
ü Синергетика і детермінізм
ü Синергетичний виклик культурі
ü Роль і місце синергетики в сучасній науці
ü Ps Два слова про моду на синергетику
- Отже, ви хочете знати, який простий і ясний відповідь на Великий Питання Життя, Всесвіт і всього іншого? запитався Проникливий Інтеллектоматік.
-Так! Негайно! вигукнули інженери.
-Сорок два, з безмежним спокоєм повідомив комп'ютер.
(Дуглас Адамі, Керівництво для подорожуючих автостопом по галактиці)
Введення від автора
Назвіть хоч одного освіченої людини, яка б не чула слова «синергетика» ... Таких невірно рідко зустрінеш. Це слово - камінь спотикання сучасних наук. Так так наук, не однієї швидше всіх. Всі існуючі нині роботи в області синергетики, синергетичних систем украй не систематизовані. Я не ставив перед собою завдання щодо систематизації цих знань. Моє завдання лише одна - показати, що ж таке синергетика і «з чим її їдять». Тут немає нічого складного для людини знає і розуміє і тому можна рекомендувати цю роботу всім, особливою людям з технічним складом розуму. У кінці кожного розділу є список літератури, яка була використана під час підготовки статті. Якщо своєю роботою я зацікавлю хоча б однієї людини, якщо він пізнає безкрайні можливості синергетики я вважаю своє завдання виконаним ...
Існує цілий клас задач, які складаються в описі поведінки складних систем, при вирішенні яких вивчення поведінки окремих елементів системи не дозволяє ефективно описати процеси, що йдуть в системі на макрорівні. Мова в даному випадку йде про процеси самоорганізації, хаотичного виникнення в різних середовищах упорядкованих структур за рахунок підведення до них енергії.
З іншого боку, хоча подібні системи мають абсолютно різну природу, число математичних моделей, які використовуються для опису процесів у них невелика. Тобто, там, де присутня впорядкованість, внутрішня складність макросистем не виявляється, вони ведуть себе подібним чином. Власне синергетика займається пошуком і вивченням моделей складних систем, питаннями виникнення порядку з хаосу та переходу від впорядкованих структур до хаотичних.
В якості прикладів самоорганізованих систем можна назвати потік рідини, який у міру збільшення швидкості перестає бути ламінарним, в ньому утворюються складні впорядковані структури. При подальшому збільшенні швидкості течії виділити впорядкованість стає все складніше, і потік набуває хаотичний вигляд. До складних самоорганизующимся систем відносяться живі організми будь-якого рівня, від клітин до соціумів. У неживому світі приклади самоорганізації також можна знайти скрізь, аж до великомасштабного будови всесвіту [15] ...
Глава 1. Фізичні системи
Останні кілька десятиліть розвитку фізики показали, що впорядкованість утворюється у відкритих системах (обмінюються речовиною та енергією з навколишнім середовищем), що знаходяться в нерівноважному стані. Такі системи зазвичай виявляються нестійкими, не завжди повертаються до початкового стану. Їм властива наявність біфуркаційних точок, де не можна однозначно передбачити подальшу еволюцію системи. При цьому мале вплив на систему може призвести до значних непередбачених наслідків (до розкриття нестійкості). У відкритих системах, далеких від рівноваги, виникають ефекти узгодження, коли елементи системи корелюють свою поведінку на макроскопічних відстанях через макроскопічні інтервали часу. У результаті узгодженої взаємодії відбуваються процеси виникнення з хаосу певних структур, їх ускладнення.
Власне синергетика виникла з об'єднання трьох напрямків досліджень: розробки методів опису істотно нерівноважних структур, розробки термодинаміки відкритих систем і визначення якісних змін рішень нелінійних диференціальних рівнянь.
Дисипативні системи
Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, називають дисипативними. У таких системах енергія упорядкованого руху переходить в енергію неупорядкованого хаотичного руху, в тепло. Якщо замкнена система (гамильтонова система), виведена зі стану рівноваги, завжди прагне знову прийти до максимуму ентропії, то у відкритій системі відтік ентропії може врівноважити її зростання в самій системі і є ймовірність виникнення стаціонарного стану. Якщо ж відтік ентропії перевищить її внутрішнє зростання, то виникають і розростаються до макроскопічного рівня великомасштабні флуктуації, а за певних умов у системі починають відбуватися самоорганізаційні процеси, створення впорядкованих структур.
При вивченні систем, їх часто описують системою диференціальних рівнянь. Представлення рішення цих рівнянь як руху деякої точки у просторі з розмірністю, що дорівнює числу змінних називають фазовими траєкторіями системи. Поведінка фазової траєкторії в сенсі стійкості показує, що існує кілька основних його типів, коли всі рішення системи, в кінцевому рахунку, зосереджуються на деякій підмножині. Таке підмножина називається аттракторів. Аттрактор має область тяжіння, безліч початкових точок, таких, що при збільшенні часу всі фазові траєкторії, що почалися в них прагнуть саме до цього аттрактору. Основними типами атракторів є стійкі граничні точки, стійкі цикли (траєкторія прагне до деякої замкнутої кривої) та тори (до поверхні яких наближається траєкторія). Рух точки в таких випадках має періодичний або квазипериодический характер. Існують також характерні тільки для дисипативних систем так звані дивні атрактори, які, на відміну від звичайних не є подмногообразіямі фазового простору (не вдаючись у подробиці, зазначу, що точка, цикл, тор, гіпертор - є) і рух точки на них є нестійким, будь-які дві траєкторії на ньому завжди розходяться, мала зміна початкових даних призводить до різних шляхах розвитку. Іншими словами, динаміка систем з дивними аттракторами є хаотичною. Рівняння, що володіють дивними аттракторами зовсім не є екзотичними.
Як приклад такої системи можна назвати систему Лоренца, отриману з рівнянь гідродинаміки в задачі про термоконвекціі підігрівається знизу шару рідини. Чудовим є будова дивних атракторів. Їх унікальним властивістю є скейлінговая структура чи масштабна самоповторяемость. Це означає, що збільшуючи ділянку аттрактора, що містить нескінченну кількість кривих, можна переконатися в його подобі великомасштабного поданням частини аттрактора. Для об'єктів, що мають здатність нескінченно повторювати власну структуру на мікрорівні існує спеціальну назву - фрактали.
Для динамічних систем, що залежать від деякого параметра, характерно, як правило, плавну зміну характеру поведінки при зміні параметра. Однак для параметра може бути деяке критичне (біфуркаційні) значення, при переході через яке аттрактор зазнає якісну перебудову і, відповідно, різко змінюється динаміка системи, наприклад, втрачається стійкість. Втрата стійкості відбувається, як правило, переходом від точки стійкості до сталого циклу (м'яка втрата стійкості), вихід траєкторії з стійкого положення (жорстка втрата стійкості), народження циклів з подвоєним періодом. При подальшій зміні параметра можливе виникнення торів і далі дивних атракторів, тобто хаотичних процесів.
Тут треба обумовити, що в спеціальному значенні цього слова хаос означає нерегулярне рух, що описується рівняннями детерміністичних. Нерегулярне рух має на увазі неможливість його опису сумою гармонічних рухів.
Розподілені системи
У системах, розглянутих вище, передбачалася обмеженість числа фазових змінних. Однак більш близькими до реальності є розподілені системи з безкінечномірні фазовим простором, типовим прикладом яких є активні середовища. Дослідження показують, що в цих системах можуть існувати Скінченновимірні атрактори. Існування нескінченновимірних атракторів ще не вивчено.
Реакція Бєлоусова-Жаботинського
До п'ятдесятих років нашого століття вважалося, що в реакціях неорганічних компонентів періодичні явища спостерігатися не можуть, хоча перші відомості про спостереження таких реакцій датуються кінцем XIX століття. Сучасний етап у дослідженні коливальних хімічних реакцій почався з випадкового відкриття, зробленого в 1958 році Б. П. Бєлоусовим, який зауважив, що якщо розчинити лимонну і сірчану кислоти у воді разом з броматом і сіллю церію, то забарвлення суміші змінюється періодично від прозорого до блідо -жовтою. Систематичне дослідження цієї реакції провів через кілька років А. М. Жаботинський. Він же зазначив виникнення в ході цієї реакції різних упорядкованих структур. Відразу після цього було створено безліч варіантів реакції з більш швидкими і більш повільними осциляціями. Проте детальне вивчення глибинних механізмів реакції було проведено тільки в сімдесятих роках авторами роботи [19].
Цікаво розглянути типи регулярних структур, що виникають під час реакції. Найбільш простими з них є провідні центри, спонтанно виникають точки, з яких виходять концентричні хвилі. Природа таких центрів до кінця не вивчена, але так як в ході експериментів такі центри мали тенденцію до появи в одному і тому ж місці, можна сказати, що їх викликають сторонні домішки в розчині, в околицях яких елементи середовища переходять в автоколивальний режим.
Нерідко в середовищі можна виявити або спричинити виникнення спіральних хвиль. Всі спіральні хвилі мають одну частоту, центр спіралі може переміщатися. Експерименти на клітинних автоматах показали, що причиною появи спіральної хвилі може бути розрив складного фронту хвилі збудження, їх існування є виключно властивістю самоорганізації середовища та не пов'язане із зовнішніми впливами. Переміщення центру спіральної хвилі теж є чудовою властивістю, так як є резонансом хвилі з деяким зовнішнім періодичним впливом.
Описані структури здатні взаємодіяти. У дослідженнях відзначені ефекти придушення одного провідного центру іншим, більш високочастотним. Нерухомі спіральні хвилі здатні до співіснування, з іншого боку, можна створити дві переміщаються спіральні хвилі, які при зіткненні анігілюють. Такі взаємодії дозволяють говорити про побудову на базі структур активних середовищ логічних елементів (описаний приклад являє собою елемент виключає або, сигнал на виході присутній тоді і тільки тоді, коли є сигнал тільки на одному з входів).
На практиці також була доведена можливість хаотичного поведінки реакції Бєлоусова-Жаботинського, коли поява і поведінку структур не підкорялося ніякому гармонійного закону, тобто у системи з'являлася фізична реалізація дивного аттрактора. Коливальні процеси в хімічних реакціях, ймовірно, є ключем до розгадки деяких властивостей живих істот: складних біологічних годин, транскрипції ДНК, процесів у м'язах.
Турбулентність
Класичне рівняння гідродинаміки - рівняння Нав'є-Стокса - представляє потік рідини як суму часток, що рухаються. Однак такий підхід застосуємо, тільки якщо мова йде про ламінарному потоці. У міру збільшення швидкості потоку в рідині спочатку з'являються стійкі вихори. Їх число незначно, а розташування і швидкість постійно (вироджена турбулентність). При подальшому зростанні швидкості число вихорів зростає, вони починають переміщатися, утворюючи повторювану картину (частково впорядкована турбулентність). Нарешті, струнка картина руйнується, поступаючись місцем хаотичної суміші вихорів.
Провідна роль в аналізі переходу течії рідини з турбулентний стан належить О. Рейнольдсу. До нього були встановлені емпіричні закономірності для різних випадків, але саме Рейнольдс виявив, що виникнення турбулентності пов'язане з перевищенням швидкістю потоку деякої критичної величини. Йому вдалося вивести співвідношення, що зв'язує радіус труби, швидкість течії і в'язкість рідини, яке дає універсальний критерій переходу в турбулентну фазу. Проте теоретично обгрунтувати його значення Рейнольдс не зміг. Прояв турбулентності, як зміни макроскопічної в'язкості рідини пов'язаної з явищами перемішування, турбулентної дифузії було математично описано Прандтлем і, пізніше. Кишенею. Вони сформулювали поняття подібності пульсації швидкості. Подальший розвиток теорії турбулентності було зроблено Колмогоровим, який описав закон розподілу енергії за пульсаціям потоку.
Чисельне рішення довільних завдань з турбулентними потоками на базі рівнянь Нав'є-Стокса і Рейнольдса наявними в даний час обчислювальними засобами не представляється можливим. Крім цього, є ймовірність, що спрощення, зроблені при виведенні цих рівнянь, а саме ігнорування слабких взаємодій між групами атомів, може зробити таку методику непридатною, так як саме ці деталі можуть бути критичними при описі складних потоків.
Вдалим походом в даному випадку може бути статистичний опис руху. Для це будуються функції кореляції значень швидкості різних рангів. Такі функції, будучи вельми узагальненою моделлю системи, нечутливі до початкових даних і дають задовільну відповідність макроскопічному поведінки системи. Основною проблемою статистичної гідромеханіки є побудова кінцевої ланцюжка кореляційних функцій, виявлення внутрішніх взаємозалежностей законів розподілу і зміни швидкостей.
У статистичної гідромеханіки на першому місці стоїть вивчення поведінки структур, що виникають в прикордонному шарі. Саме структура потоку в цьому шарі визначає величину в'язких сил, що діють на поверхню обтічного тіла і тому основними застосуваннями теорії стали практичні завдання, що виникають при конструюванні літальних апаратів і швидкісних судів.
Дифузний зростання
При вивченні форм ростуть в умовах неоднорідностей кристалів було відмічено, що їх структура фрактальна, тобто повторюється на різних рівнях масштабу. Причини, за якими виникає така впорядкованість в деталях невідомі.
Говорячи про процес осадження частинок при електролізі, Л. Сандер [13] припустив, що поява скейлінговой регулярності може бути пов'язано з тим, що ймовірність прилипання частки до опуклого ділянці поверхні вища, ніж вірогідність її проникнення у западини. Таким чином, стимулюється розвиток відростків. Однак процес є нестійким і на відростках у свою чергу з'являються зародки росту бічних відгалужень. Таким чином, взаємодія стохастичних процесів і процесів зростання призводить до утворення величезного діапазону різних візерунків.
Принципово важливо підкреслити, що синергетику або нову концепцію самоорганізації, не можна віднести ні до природних, ні до суспільних, ні до гуманітарних наук у їхньому традиційному розумінні. Це міждисциплінарний напрям дослідження утворення впорядкованих структур з хаосу. На думку Ю. Л. Клімонтовіча, синергетика - це не нова наука, але нове об'єднує напрям у науці. Мета синергетики - виявлення загальних ідей, загальних методів і загальних закономірностей у самих різних областях природознавства та соціології.
Таким чином, новий науковий напрям, який прагне стаття ядром постнекласичної наукової картини світу, продовжує сформовану в культурі традицію, пропонуючи в черговий раз переглянути онтологію світу і побудувати на новій основі постнекласичної картину світу. Синергетика, стверджуючи загальність нелінійності, змушує замислитися, критично переглянути сформовану лінійну модель знання, лінійну модель прогресу, в тому числі й соціального прогресу. Якщо закони синергетики носять глобальний характер, то чи не варто переглянути роль принципу відповідності у структурі пізнання і взагалі кумулятівістскую модель пізнавального процесу?! Деякі автори, наприклад, автори навчального посібника для студентів та аспірантів "Концепції самоорганізації: становлення нового способу наукового мислення", виданого в 1994 р. вважають, що широко поширена модель розвитку пізнання: класична, некласична та постнекласична етапи розвитку науки, що захищається В.С . Стьопіним і низкою інших відомих дослідників, є хибною, оскільки сама того не помічаючи, слід старої досінергетіческой лінійної парадигмі. На думку цих авторів в науці немає такого порядку, який дослідники post factum встановлюють, в ній більше безладдя, ніж це передбачають прихильникам лінійного мислення. У зв'язку з цим цікаво, що сперечаються не тільки про суть нової концепції самоорганізації, а й про її назву. І це не випадково. Так було завжди. Досить згадати суперечки про суть і назві теорії відносності, також дискусії з філософських проблем хвильової або квантової механіки. Суперечки про назву нових фундаментальних теорій пов'язані з тим, що найчастіше за тим чи іншим назвою криється відповідний зміст. Все це свідчить про те, що предмет нової науки перебуває в русі і філософія може взяти участь і дійсно приймає участь у визначенні її суті, можливостей і меж, розмірковуючи над сенсом нових ідей.
Синергетика, незалежно від її майбутнього, вже призвела до розширення наших знань про світ і навіть наших незнань. Адже має сенс розрізняти не тільки різні типи знання, але і різні типи незнання. Одна справа, коли ми не знаємо, що чогось не знаємо, і зовсім інша, коли ми знаємо, що чогось не знаємо. Перше не хвилює нас, людина і суспільство сприймають подібне незнання як належне, тоді як другий тип незнання мобілізує дослідників на пошуки причин того, що ми не знаємо. Тому процес руху думки до істини не такий простий, як ми нещодавно вважали, думаючи, що дослідження - суть руху від незнання через гіпотезу до знання. Насправді рух до істини передбачає усвідомлення незнання чогось, після якого незнання стає об'єктом вивчення.
У чому філософсько-методологічне значення синергетичного підходу? На що претендує новий науковий напрям?
По-перше, синергетика направляє свою увагу, за словами І. Пригожина, не на існуюче, а на що виникає. Їй цікаві моменти виникнення з хаосу порядку, для цього вона досліджує кілька типів хаосу (рівноважний хаос, динамічний хаос (нерівномірний, турбулентний) та статистичний хаос і спеціально вводить термін "біфуркація" як точку розгалуження, коли відкриваються кілька можливих шляхів розвитку і немає нічого зумовленого . Тим самим посилюється відхід від класичної моделі буття, оскільки некласична картина теж звужує межі класичного детермінізму, але залишає можливість дії статистичних законів. Постнекласична наука, спираючись на результати синергетики, теорії дисипативних структур звужує ще більше дію статистичних законів, оскільки на її думку, в нестабільному, нерівноважному стані "малі впливи можуть привести до великих наслідків". Це принципове значною методологічної значущості становище, бо світ втрачає якийсь виділений центр. Виявляється, що в світі немає тих універсальних законів, які робили можливим його пізнання в некласичному сенсі. Адже саме універсальність причинно-наслідкових зв'язків служила провідним представникам епохи Просвітництва онтологічним підставою можливості перемоги розуму, загальності раціональності. Тепер подібні судження ставляться під питання. Отже, ідея про те, що світ не має центру і в світі немає єдиних універсальних причинних ланцюгів, що пов'язують все суще - претендує на радикальну переоцінку цінностей не тільки в науці, але і в області філософії.
По-друге, синергетика дивиться на світ з "іншої системи координат", ніж попередня наука, оскільки вона приймає за вихідне нестабільність, нерівноважності, нелінійність, тоді як лінійність, стабільність, равновесность виявляються моментами цієї нестабільності і нерівномірності. Тим самим категоріально сітка, з позицій якої бачиться світ в новій постнекласичної парадигми. принципово інша, оскільки її базовими вихідними поняттями виступають такі категорії, як нелінійність, самоорганізація, відкритість, складність, біфуркація, когерентність, атрактор, хаос, випадковість та інші. Вже одне перерахування базових, системотворчих понять даної наукової області свідчить про її принципову відмінність не тільки від класичної картини світу, а й некласичної. Ось чому нова міждисциплінарна сфера науки стала відразу робити вплив на філософію, зокрема, на філософію постмодернізму.
При цьому важливо визначити концептуальний зміст хоча б декількох найбільш важливих з методологічної точки зору категорій, щоб уявити собі контури нового наукового напрямку. Наприклад, традиційно хаос вважався чимось лежачим за межами науки, грав лише роль першоджерела в грецькій філософії. У новій постнекласичної синергетичної картині хаос означає неструктурованість буття, і тому хаос не підпорядковується детерміністичних законам. Згідно синергетики, світ має завжди певні структури, впорядковані тим чи іншим чином. Немає абсолютної безструктурності і абсолютного безладу. Є структура і впорядковані форми, що не укладаються у відомій науці моделі опису. Структури зароджуються, еволюціонують, зазнаючи самі різні катаклізми і трансформації і вони можуть бути вписані за допомогою "законів" хаосу, якщо хаос розділити на різні типи: рівноважний, нерівноважний (динамічний) та статистичний. Тим самим хаос стає предметом вивчення науки і осмислюється філософією.
Далі, принциповим для всієї нової системи роздумів виступає категорія самоорганізації, під якою розуміється здатність тих чи інших систем до саморозвитку, самозародженню, використовуючи при цьому не тільки і не стільки приплив енергії, інформації, речовини ззовні, скільки користуючись можливостями, закладеними усередині системи.
Принципово важливо для синергетики та обставина, що вона має справу не тільки з нелінійними, нестабільними системами, але і з тим, що вона розглядає складні, що еволюціонують і відкриті системи. Такі суспільство, різні його підсистеми, система "людина-природа", зростання народонаселення і т.д. і т.п. При цьому відкритими називаються системи, які обмінюються із зовнішнім світом речовиною, енергією та інформацією.
Не менш цікаві й методологічно значимі та інші базові категорії синергетики, а й наведені положення досить ясно показують, що нова синергетична концепція вводить нову онтологію, нову категоріальну сітку для вивчення процесів знаходяться в стані нестабільності, нерівноважності і далеко від рівноваги. Всі ці твердження мають принципове значення для філософії та методології науки. Концептуально важливо, що в новій системі хаос, випадковість, дезорганізація і т.д. не руйнівні, а в ряді випадків можуть бути творчими, конструктивними. Ось чому актуалізується завдання: навчити жити людини в стані невизначеності, нестабільності, хаосу, показавши йому, що і хаос, і невизначеність і нестабільність можна використовувати конструктивно для вирішення тих чи інших завдань. Адже багато явищ соціального життя, наприклад, формування громадської думки, складні економічні процеси в період криз, поширення наукової інформації і т.д. носять нелінійний характер і підкоряються законам самоорганізації. Все це доводить обгрунтованість інтересу філософських систем до нових досягнень наукової думки і ставить складні завдання перед освітою.
Синергетика, хоче вона цього чи ні, але якщо мати на увазі її смислове інтенцію, то вона прагне ревізувати онтологію буття, робить значний, ще більший крок у поверненні суб'єкта у світ теорії, ніж квантова механіка, оскільки суб'єкт бере участь у формуванні об'єкта дослідження. Об'єкти згідно синергетики повинні стати человекоразмернимі. І в цьому надзвичайно важливому для філософії положенні синергетика продовжує і поглиблює розпочату некласичної наукою традицію, особливо квантовою механікою зі своїм принципом, додатковості, традицію повернення суб'єкта у світ теорії. Тим самим ускладнюється питання про критерії реальності не може вирішення проблеми демаркації між реальним і вигаданим. Не випадково постає проблема поліонтологічності буття.
Тим часом на цьому шляху постають складні філософсько-методологічні питання. Адже цінність науки і в певному відношенні філософії, є наслідком того, що вони формулюють якісь загальнообов'язкові, інтерсуб'єктивності, асоціальні положення. Таким чином, постає питання про соціокультурну цінності самого напрямку розвитку думки, яка прагне піти від загальнообов'язковості, інтерсуб'єктивності та асоціальна.
У зв'язку з цим перша проблема, актуалізуються синергетичної концепцією, - ставлення до минулого, тих досягнень наукового знання, які виходили з загальності лінійності, порядку і стабільності. Друга не менш складна проблема, що має філософсько-світоглядний характер, - культурні наслідки деонтологізаціі знання, посилення участі суб'єкта у формуванні пізнаваного об'єкта. Ситуація ускладнюється тим, що подібне розширення ролі суб'єкта може бути інтерпретовано як заперечення реальності об'єкта. Не випадково деякі видні постмодерністи, наприклад, Ж.-Ф.Ліотар, Ж. Дельоз та ін широко використовують ідеї синергетики. Остання природно, оскільки між децентрації суб'єкта і деконструкцією тексту в постмодернізм і деонтологізаціей об'єкта пізнання в синергетики є не зовнішня, а більш органічна, змістовний зв'язок.
У нових умовах необхідно навчити людину жити в умовах невизначеності, складності, відкритості, у світі, де немає єдиного центру, який не тільки лінійно не прагне ні до якого прогресу, але можливо і нікуди не прагне. Важливо зрозуміти, що визначеність шукаємо ми, це ми хочемо, щоб світ був схожий на наш будинок, двері якого закриті, це нам хочеться, щоб у світу був єдиний центр і щоб він лінійно розвивався по шляху прогресу. Але всі наші суб'єктивні переваги ставляться під питання нової стратегічної концепції і тому нам потрібно готувати учнів до цього нового бачення буття. Подібна радикальна переоцінка цінностей, яка зачіпає не тільки ціннісно-світоглядні установки людей, але й сформовані психологічні стереотипи, не може пройти безболісно. Але, очевидно, ця переоцінка цінностей неминуча.
Суриков Я.Я.
Обговорюється дискусійність ситуації з терміном "синергетика". Обгрунтовується своєчасність появи даного напрямку досліджень. Синергетика трактується як початок багатовікового процесу синтезу різних наук. Застосування синергетичних підходів до вивчення складного об'єкта - біосфери - у поєднанні з сучасною термодинамікою дозволяє глибше зрозуміти суть сучасної глобальної кризи. Робиться висновок, що вихід з кризи без урахування законів термодинаміки істотно ускладнюється.
Термін "синергетика" привертає увагу, як своїх прихильників, так і супротивників. Лунають голоси про можливості розвитку науки без використання даного терміну. Сприяє ситуації кілька обставин, з яких можна виділити два. Дійсно, багато конкретних завдань вирішується, і буде вирішуватися без понять синергетики. Найсуттєвіше друге - відсутність точного загальноприйнятого визначення самого терміна "синергетика". Але ніякого трагізму тут немає, якщо врахувати, що порівняно молоде слово, маючи яскраво вираженою міждисциплінарність, привертає увагу фахівців з настільки різних наук, в яких і саме слово "термін" розуміється по-різному і дається з різним ступенем точності і розмитості. Послідовне і терпляче обговорення питання, безумовно, призведе до уточнення поняття. Плідність синергетики видно кожному, хто знайомиться з її досягненнями. Сильне враження залишають роботи із синергетики мистецтва. Залучення точних природничо підходів і моделей дозволяє істотно просунутися в розумінні закономірностей творчого мислення та функціонування людського мозку. Наприклад, теорія фазових переходів у феромагнетиках є важливою аналогією для локального опису нейрофізіологічних властивостей мозкової діяльності людини. Математична модель нейронної активності володіє багатьма властивостями, характерними для феромагнетиків.
Психологія людини, здавалося б, далека від математики. Але і тут все ширше успішно використовуються математичні моделі, засновані на фізичних, біофізичних, еволюційних та інших аналогіях. Фізичної моделлю розподілу нейронної пам'яті може слугувати так зване спінове скло - магнітне речовина з аморфною невпорядкованою структурою. Якісно властивості розподіленої пам'яті можна зрозуміти з енергетичних уявлень. Залежність вільної енергії спінового скла як функції деякою координати в N-мірному просторі конфігурацій має безліч мінімумів, а значить і можливих станів. Система виявляється здатною створювати картини-образи, що зберігають певну інформацію. Така система здатна розпізнавати вводяться ззовні образи за ступенем їх близькості до однієї із записаних картин. Автор моделі розподіленої нейронної пам'яті Хопфілд показав глибоку аналогію властивостей такої фізичної моделі з властивостями нейронної мережі.
Багато аргументів на користь синергетики можна знайти і в збірці "Синергетика" (вид. МДУ, 1998). У роботі О.П. Мелехової показано, що ембріогенез - це природна синергетична модель, і основні поняття ембріології можуть бути викладені в термінах синергетики. Є.Д. Нікітін зазначає деякі грунтово-синергетичні положення. Зокрема, робиться висновок, що більшість чорнозему Росії вийшли за межі порогу своєї стійкості й опинилися в критичному стані - у точці біфуркації. Переконливо і аргументовано відзначаються найважливіші особливості самоорганізації Землі і Біосфери в роботі О.П. Іванова. Не маючи можливості говорити про всі особливості, не можна не погодитися з найтрагічнішою - людство дійсно рухається методом проб і помилок, а коригування завжди носили запізнілий характер.
Погоджуючись з В.Г. Будановим, що обсяг та зміст синергетики вибуховим чином розширюються, спробуємо зрозуміти цей феномен.
Людство в процесі пізнання оточуючого нас складного світу рухалося по шляху його аналізу, що призвело до створення багатьох природничих і гуманітарних наук. На цьому шляху людство домоглося великих успіхів і вирішило безліч актуальних проблем. А яка головна мета науки? Світ єдиний, всі частини, на які ми його поділили при аналізі, існують тільки в єдності, а не порізно, тому наша головна задача-осягнути його саме в єдності. Нам абсолютно недостатньо знати, з чого складається світ, нам необхідно знати, як всі ці частини взаємодіють, куди світ рухається і як розвивається. Пізнання світу в його єдності, тобто у всій його складності і різноманітті дозволяє стежити за його динамікою і робити прогноз. Наука тоді стає наукою, коли вона здатна прогнозувати.
З цієї точки зору багатовіковий процес розвитку науки володіє істотним недоліком: гіпертрофоване увага приділялася аналізу, а об'єднує всі науки процес синтезу практично не розвивався. У результаті людство зіткнулося з серйозними проблемами існування біосфери, що змусило в останні десятиліття зайнятися і об'єднавчим процесом.
Чому найважливішому процесу синтезу приділялася недостатня увага? Сталося це не випадково. По-перше, завдання небувалого синтезу всіх наук, що займаються, наприклад, вивченням біосфери, надзвичайно складна. Наприклад, з-за величезного впливу на діяльність біосфери людини, при синтезі необхідно враховувати не тільки природні науки, а взагалі все, що впливають на розвиток, зокрема суспільні науки і процеси. Зрозуміло, треба враховувати і економічні закони і процеси. Можна уявити, наскільки складна й незвична стикування настільки різних напрямків досліджень.
По-друге, на шляху вирішення завдань синтезу можуть зустрічатися і принципові перешкоди. У застосуванні до біосфери це неможливість використання основного методу досліджень в природничих науках - експерименту. Критерій істини - експеримент, що ставить остаточну крапку при співіснуванні різних теорій, гіпотез чи думок. Зазвичай ці моделі є досить грубими моделями, кожна з яких чимось нехтує або чогось не враховує у складній дійсності. Всі враховує тільки реальний процес, який і дає нам істинну відповідь. А з біосферою один невдалий експеримент - і немає Людини в біосфері або самої біосфери.
Залишається єдиний шлях - математичне моделювання при обов'язковому синтезі всіх досягнень науки. І ось у момент піка актуальності процесу синтезу з'являється вдале слово - синергетика. Зрозуміло, його сенс швидко виходить за рамки первісного вузького застосування і вимагає періодичного коректування. Можна сказати, що синергетика-початок багатовікового процесу синтезу різних напрямів науки.
Необхідно зазначити, що процес синтезу розвивався і до появи терміна "синергетика". Вдалою спробою є оцінки найближчих перспектив людства, проведені групою вчених під керівництвом Денніса Медоуза за допомогою глобальної комп'ютерної моделі "СВІТ-З". Синтез наук здійснювався на основі емпіричних даних про динаміку п'яти основних систем, взаємодіючих на нашій планеті. Розроблена модель світової системи була відповідним чином тестована. Виходячи з даних за 1900 р. були отримані результати для 1970 р., добре збігаються з фактичними даними. Висновки коректно сформульовані з важливою (але іноді опускається недоброзичливцями) застереженням - "якщо існуючі тенденції в п'яти розглянутих системах збережуться". А зберігаються вони чи ні - краща відповідь дає час, що минув з моменту публікації роботи "Межі зростання" в 1972 р.
Чи володіє вадами модель СВІТ-3? Так. У ній немає військового сектора, цивільних заворушень, страйків, корупції, повеней, землетрус, Чорнобилів епідемій СНІДу і т. д. Тому модель надто оптимістична, її прогнози можуть відображати найбільш сприятливі шляхи розвитку реального світу.
Емпіричний підхід може мати і істотним недоліком, не дозволяючи іноді у разі дуже складних систем з'ясувати глибинну сутність явища. Допомогти можуть старі добрі "аналітичні" науки. Наприклад, глобальна криза комп'ютерна модель передбачає, а причину - немає.
Актуальним питанням сьогодення є стан біосфери. Потужне антропогенний вплив на біосферу відбувається в умовах, коли ніхто не може сказати, наскільки близько її стан до точки біфуркації. Є серйозна небезпека, що ми можемо пройти цю точку "явочним порядком". Розглядаючи біосферу як відкриту систему в рамках нерівноважної термодинаміки відзначимо, що протягом мільйонів років її ентропія безперервно знижувалася за рахунок потоку сонячної енергії. Природно, це призводило до ускладнення структур і підвищенню організованості біосфери. Проте нещодавно (історично зовсім недавно) людина виступила як активний каталізатор механізму бурхливого зростання ентропії біосфери, спалюючи накопичену за мільйони років реалізації процесу фотосинтезу органічне паливо. У результаті діяльності людини ентропія біосфери почала зростати. Граничні умови, зумовлені кінцівкою потоку сонячної енергії, ігнорувати неможливо. Вирішення глобальних проблем немислимо без урахування законів термодинаміки (Г. А. Кузнєцов, В. В. Суриков). Необхідно повернути біосферу в стан з постійно зменшується ентропія.
Розробка будь-яких концепцій сталого глобального розвитку повинна обов'язково враховувати максимально можливе значення енергії на душу населення, обумовлене кінцівкою нашої планети.
Література
1. Синергетика. Праці семінару. Випуск 1. М. Вид. МДУ. 1998.
2. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс І., Беренс В.В. Межі зростання. М. 1991.
3. Кузнєцов Г.А., Суриков В.В. Концепція глобального розвитку: термодинамічні аспекти. Питання філософії. 1981, № 12, с. 95-102.
Синергетика і біологія
М.І. Штеренберг У "Питаннях філософії" (1997, № 3) опублікована добірка статей, присвячена синергетики, застосовності її понятійного апарату до вирішення проблем різних наук. Мабуть, не буде великим перебільшенням, якщо скажемо, що загальний зміст статей - оптимізм із приводу можливостей синергетики, зокрема перспективи на її основі побудувати теорію еволюції, справедливу для всіх "емпіричних наук" (Е. Ласло). Нас буде цікавити саме останню тезу в контексті того, що дає використання таких понять, як "хаос", "біфуркація", "порядок" та ін для розуміння феномену еволюції. У рамках такого аналізу з неминучістю доведеться звертатися і до понять термодинаміки, оскільки коріння синергетики знаходяться в термодинаміці відкритих систем. У статті аргументується точка зору, що область застосування синергетики в принципі обмежена деякими суто фізичними процесами.
Хаос і порядок
Зі статистичного вираження другого закону термодинаміки випливає, що із зростанням ентропії розташування частинок (частин) системи стає все більш і більш хаотичним. Це положення справило на суспільство таке враження, що стало філософським і культурним надбанням. "Ентропія і безлад не тільки схожі, а є одне і те ж", - стверджує Р.Є. Пайерлс [I]. Е. Шредінгер ілюструє це на прикладі розплавлення кристала, в результаті чого "витончені і стійкі розташування атомів або молекул у кристалічній решітці перетворюються в безперервно мінливі випадкові розподілу" тобто в рідину [2]. Як відомо, найбільш наочно властивості ентропії проявляються в ізольованих системах, де вона монотонно зростає. Однак безліч прикладів суперечить наведеним твердженням. Ось одне з них. Візьмемо хаотичну суміш льоду та води і ізолюємо її. Якщо вода холодна і лід достатньо охолоджений, то ця хаотична суміш перетвориться в упорядкований льодовий кристал. Цей приклад має достатню спільністю, бо він може бути реалізований на всіх сумішах типу тверда - рідка фаза. Природно, виникає припущення, що зростання ентропії може супроводжуватися упорядкуванням, а це суперечить висновкам, безпосередньо випливають із статистичного вираження другого закону термодинаміки.
Очевидно, що полярним по відношенню до поняття "хаос" є поняття "порядок". Але як воно розуміється? Довільне поводження з цим поняттям неодноразово зустрічається в наукових працях. Але, як пише Р. Фейнман, "Порядок у фізичному сенсі зовсім не повинен бути корисним для людей. Це слово просто вказує на існування якоїсь визначеності" [З]. Представляється, що найбільша визначеність досягається в пропозиції Дж. фон Неймана вважати найбільш упорядкованої ту систему, стан якої описується найменшою кількістю інформації. Його потрібно доповнити умовою, щоб порівняння проводилося на одному рівні опису, на чому, власне, і побудовано відмінність між термодинамікою та статистичної фізикою. Дійсно, якщо, наприклад, на молекулярному рівні рівноважний стан розчину описується відносно складними статистичними залежностями, то на макрорівні воно виразиться як сталість обсягу, температури і концентрації. З цієї точки зору приклади, на які спирається І. Пригожий для своїх побудов, не представляються переконливими. Він будує свої міркування, зокрема, на аналогії з плином рідини, коли від мікровоздействія (біфуркації) ламінарний потік переходить в турбулентний, де вихори символізують виник порядок. Відчуваючи малопереконливою цієї аналогії, Пригожин пише: "Що ми називаємо порядком? Що ми називаємо безладом? Кожен знає, що визначення змінюються і висловлюють найчастіше судження". Для підтвердження цього в якості прикладу він наводить кристал, який вважається зразком впорядкованості, але спростовує це твердження тим фактом, що у вузлах кристалічної решітки молекули хаотично коливаються [4]. На макрорівні стан ламінарного потоку в круглій трубі описується порівняно простою залежністю.
У той же час, незважаючи на тисячі робіт, присвячених проблемам турбулентності, вирази для опису стану турбулентного потоку не знайдено. Якщо ж вважати вихор впорядкованим станом, то тоді потрібно сказати про те, що цей швидко змінюється, в порівнянні з ламіпарностью, локальний порядок виникає за рахунок переходу в хаотичний стан маси всього, перш упорядкованого, потоку. У такому випадку твердження, що перехід від ламінарного до турбулентності є виникнення порядку з хаосу, є більш ніж сумнівним. Аналогічно на макрорівні, на якому виникають турбулентні вихори, кристал подається як строго впорядкована система, що описується простим?! математичними виразами.
Розглянемо тепер другий приклад з тієї ж роботи І. Пригожина про часткове поділі газів при надходженні тепла в їх суміш. У цьому випадку на макрорівні виникає досить складний градієнт концентрацій. Втім, і статистичний опис на мікрорівні частково розділеною суміші газів виявляється більш складним, ніж статистичний опис на мікрорівні однорідної суміші газів. Твердження про те, що при надходженні тепла в суміш виникає упорядкування з хаосу, з прийнятих вище позицій представляється сумнівним. Тут мимоволі згадується вже наведене висловлювання Р. Фейнмана. Дійсно, розділена суміш інтуїтивно представляється нам впорядкованим, бо це є метою багатьох технологічних процесів, наприклад, при відділенні металу від шлаку. Але якщо необхідно розділити за обсягом металу легувальну добавку, то порядком представляється рівномірний розподіл молекул добавки між молекулами металу.
Таким чином, виявляється, що будівля синергетики побудовано на хиткому підставі аналогій, аналіз яких показує їх неспроможність. У той же час причини, за якими ці аналогії некритично сприймаються широкою аудиторією, перебувають вже не на поверхні: вони пов'язані з фізичним змістом дійсно непростий функції - ентропії і його трактуванням. Тому почнемо свій аналіз з спроби вникнути саме в її зміст. Про те, що являє собою у фізичному відношенні ентропія, зовсім виразно висловився Дж. фон Нейман: "Ніхто не знає, що ж таке ентропія" [5]. Це твердження до цих пір не втратило своєї сили. Звернімося до історії цього поняття. Воно виникло в термодинаміці у результаті прагнення уніфікувати елементарні висловлювання тепла і роботи. Як відомо, елементарна робота є твір потенціалу - інтенсивного чинника (сили, тиску, хімічного потенціалу тощо) на прирощення координати екстенсивного фактора (шляхи, обсягу, маси і т.п.). Іншими словами, як потенціал, так і координата у вираженні роботи мають цілком певний фізичний зміст. Що ж до вислову теплоти, де Q - тепло, одержуване системою, Т - абсолютна температура, S - ентропія, то тут певний фізичний зміст мають тільки прирощення тепла і абсолютна температура.
Таким чином, прагнення нав'язати природі зручну для математичних операцій форму (уніфікувати форму вираження тепла з формою вираження роботи) обернулося появою функції з незрозумілим фізичним змістом. Вона виявилася зручною для доказу незворотності процесів, але неефективною в практичних додатках. Для того щоб розібратися в ситуації, що склалася звернемося до енциклопедичного курсом термодинаміки К.А. Путилова. Ось що мовиться в ньому з цього приводу: "Теплота і робота є нерівноцінними формами передачі енергії ... Робота може бути безпосередньо спрямована на поповнення запасу будь-якого виду енергії ... Теплота ж безпосередньо, тобто без проміжного перетворення в роботу, може бути спрямована на поповнення запасу тільки внутрішньої енергії тіл ". І далі: "Внутрішня енергія тіла є єдиною енергією тіла, що має статистичну основу ..." | 6]. Звідси випливає, що ентропія, як і внутрішня енергія, є безпосередньо об'єктами вивчення статистичної фізики. Але обидві ці функції для реальних об'єктів безпосередньо в рамках статистичної фізики обчислені бути не можуть. Не можуть бути визначені вони і в експерименті. У силу цього ентропія обчислюється в термодинаміці через вимірювані величини - температуру і кількість тепла. Але на цьому труднощі не закінчуються, бо в термодинаміці ентропія виступає в "двозначною" ролі. З одного боку (що випливає з вираження, вона зростає при рівноважному нагріванні і убуває при рівноважному остиганні тіла, супроводжуючи зміни його внутрішньої енергії. Не випадково, тому вона - єдина термодинамічна функція, що має однакову розмірність з іншого - теплоємність. У цих випадках зміни значення ентропії не пов'язані зі зміною рівноваги в системі - умови, що характеризує її потенційну працездатність.
Але зазвичай великий інтерес, і в тому числі і в біології, ентропія викликає у своєму другому значенні - як міра нерівноваги. У цій ролі вона виступає як характеристика потенційної працездатності - тієї частини енергії, яка за наявності перетворюючого механізму може зробити роботу. Саме в цьому сенсі вона цікавить як теплотехніків, так і біологів, так як характеризує можливість системи здійснити роботу, забезпечити за рахунок такої роботи життєдіяльність. Саме ця роль ентропії як характеристики стану системи і поклала, починаючи зі знаменитої промови Л. Больцмана, яку він виголосив у 1886 р., початок пошукам визначення життя як явища, здатного зменшувати свою ентропію [7].
Саме ці дві іпостасі ентропії і обумовлюють ту двозначність, про яку говорилося вище: по зміні значення ентропії, не знаючи стану частин системи, не можна сказати, чи пов'язано це зміна зі зміною тільки внутрішньої енергії системи або ще й зі зміною її потенційної працездатності.
Але як і характеристика нерівноваги ентропія визначає однозначно здатність системи здійснити роботу. Наявність двозначностей вносить плутанину в спроби використовувати ентропію в конкретних програмах в різних галузях знання, у тому числі і в біології.
Реальні організми добре справляються з цими двозначностями. У разі необхідності підтримки температурного гомеостазу багато хто з них, особливо вищі, володіють механізмами для підвищення температури (супроводжуваної відповідно ростом ентропії) і зниження її (супроводжуваної збитком ентропії). Однак і дії, що сприяють підвищенню потенційної працездатності (супроводжується зниженням ентропії, які характеризують в цьому випадку міру нерівноваги), обмежені відомими межами. Так, накопичення жиру, що забезпечує потенційну працездатність тварини, при перевищенні певного запасу може привести його до загибелі, як внаслідок зниження рухливості, так і внаслідок внутрішньої патології. Таким чином, організми підтримують оптимальне значення ентропії подібно до того, як вони це роблять з сотнями різних речовин з метою збереження гомеостазу. Таким чином, ентропійні характеристики і у випадках, що вказують на нерівноважності, не є ні визначальними, ні специфічними для організмів.
До цих пір розглядався фізичний зміст ентропії в її класичному термодинамічній вираженні. Розглянемо тепер зміст цього поняття в статистичній трактуванні другого закону термодинаміки. Найбільш наочно цей сенс виявляється в фазових переходах першого роду, наприклад, плавлення. У цьому процесі тепло, отримане системою при постійній температурі фазового переходу, пов'язане з ентропією найпростішої залежністю. Оскільки кінетична енергія молекул, що знаходиться в прямій залежності від Т, практично не змінюється, то, очевидно, що надходить тепло витрачається на ослаблення зв'язків між частинками, що утворюють кристалічну решітку, тобто на збільшення потенційної енергії зв'язку молекул. Цей випадок дозволяє побачити в чистому вигляді одну зі складових фізичного сенсу ентропії, зазвичай маскируемое одночасною зміною кінетичної і потенційної енергій, і виявити, що ентропія - це функція, що відображає і величину потенційної енергії зв'язків мікрочастинок. Її монотонний зростання в прямій залежності від температури порушується фазовими переходами, коли потенційна енергія зв'язку змінюється стрибком. Особливо великим цей стрибок може бути при переході п газову фазу, коли фактично відбувається розрив зв'язків між молекулами речовини. При цьому відстань між ними може збільшуватися на кілька порядків (у води об'єм при переході на пару зростає приблизно в 1700 разів) і подальше зростання потенційної енергії частинок стає незначним. І лише тоді додаток статистичного вираження другого закону стає практично адекватним.
Існування організмів визначається, в першу чергу, збереженням їх структури, яка, у свою чергу, залежить від міцності зв'язків становлять її частин, що характеризується їх потенційної енергією. Звідси очевидно, що статистичне вираз другого закону термодинаміки в загальному випадку непридатне для вираження ентропії і. зокрема, для дослідження специфіки життя. Це пов'язано з тим, що він виведено на підставі ідеальної моделі, в якій всі взаємодії частинок зводяться до пружним зіткнення один з одним і зі стінками посудини, а всі інші взаємодії ігноруються.
Розглянемо тепер в іншому світлі класичне положення про зростання ентропії в ізольованій системі. Припустимо, обмінюються теплом дві її частини: 1 і 2, що мають температуру і. Нехай від частини 1 до частини 2 перейде тепла. При цьому зміниться як кінетична -, так і потенційна - компоненти внутрішньої енергії обох частин.
Це означає, що потенційна енергія, тобто енергія зв'язків частинок в ізольованій системі в підсумку зросла за рахунок убутку кінетичної.
З викладеного випливає, що елементарний приріст ентропії тут складається з трьох компонентів: за рахунок зменшення кінетичної енергії, що звужує фазовий простір і відповідно змінює статистичне доданок: за рахунок приросту потенційної енергії; за рахунок переходу розподілу швидкостей молекул до найбільш вірогідного.
З цих трьох доданків Л. Больцман розглядає лише третю складову. Звідси і "парадокси" типу тих, які виникають при зростанні впорядкованості із зростанням ентропії в ізольованій системі.
Таким чином, фізичний зміст ентропії розкривається як досить складна система факторів, що вимагають кропіткої дослідження, яке виявляється досить складним, після того як були об'єднані в загальних виразах різнорідні поняття роботи і тепла, і тим більше після математичних операцій над ними.
У той же час потенціал - температура, що входить у вираз ентропії, з одного боку, є вимірної величиною, з іншого - може розглядатися як одна з основних причин незворотності процесів. З цієї точки зору є неможливою ще одне формулювання другого закону, що виключає поняття ентропії. Іншими словами, цей закон може бути сформульований як закон виникнення тепла в будь-якому нерівноважному процесі і мимовільному незворотному вирівнюванні теплового потенціалу.
Синергетика в біології
Вище були розглянуті основні поняття термодинаміки і синергетики, найбільш часто використовувані в аналізі феномена життя. Розглянемо тепер ще одне з основних понять синергетики - "біфуркація". Як відомо, під біфуркацією у І. Пригожина та інших авторів розуміється слабкий вплив, радикально змінює хід процесу. У той же час, наскільки нам відомо, класифікації біфуркацій не існує. Однак між різними класами біфуркацій, як видається, є фундаментальні відмінності.
До першого класу біфуркацій можуть бути віднесені впливу на той вид систем, які представлені потоками. Такі, наприклад, річки, русла яких практично без витрат енергії повертають потоки води до того чи іншого водоймища (аттрактору) або дзеркала, що повертають світловий промінь на той чи інший об'єкт.
Що ж стосується впливу на стабільні (метастабільні) об'єкти, то перш, ніж торкнутися їх, нам доведеться розглянути деякі загальні принципи утворення таких систем.
Відомо, що частинки мають властивості, які зумовлюють їх здатності до різних взаємодій: електромагнітним, сильним, слабким, гравітаційним, взаємодії з (р-полем, які мають місце па різних відстанях - від нескінченно великого (електромагнітні, гравітаційні) до відстаней, вимірюваних ангстремах ( сильні, слабкі). Відзначимо три обставини.
1. Слабкі зв'язки можуть перешкоджати виникненню більш сильних. Так, електричне відштовхування атомних ядер може перешкоджати їх злиття, при якому виникає більш сильний зв'язок.
2. Додавання слабких сил може призвести до їх вищості над сильнішими і визначити характер зв'язків. Наприклад, сила гравітації в масивних зірках може перевищувати силу інших видів взаємодій.
3. З 1 і 2 слід, що картина світу залежить від історії взаємодій частинок.
У силу перерахованих обставин, очевидно, що при розриві колишніх зв'язків спочатку виникає хаос. Потім, за рахунок сил, споконвічно притаманних частинкам, виникають нові структури. Істотно ж важливим явищем, якому зобов'язана всю різноманітність існуючих систем, є потенційні бар'єри.
Дійсно, термоядерний синтез більш важких елементів з більш легких йде з виділенням енергії точно так само, як розпад важких. Отже, обидва ці процеси термодинамічно вірогідні, тому що забезпечують реалізацію другого закону термодинаміки. І, тим не менш, стійкі ізотопи існують мільярди років, не змінюючись в земних умовах ні якісно, ні кількісно.
Образно кажучи, в енергетичному плані періодична таблиця хімічних елементів може бути представлена як ряд спускаються з обох її кінців каскадів енергетичних "озер", відокремлених один від одного "греблями" потенційних бар'єрів, що сходяться до атома заліза, перехід від якого в будь-яку сторону вимагає лише " підйому "- поглинання енергії.
Різноманітністю елементів, а також наявністю потенційних бар'єрів хімічного походження обумовлено і різноманітність хімічних сполук, що не тільки самих стійких. Другий закон термодинаміки в статичній формулюванні не розглядає властивості структур. Термодинаміка нічого не говорить і про загальні причини того, що по мірі охолодження Всесвіту процеси в ній не завмирали в метастабільних станах матерії у вигляді енергетичних "озер" за "греблями" потенційних бар'єрів. Вона говорить лише про можливість виникнення процесу, якщо він спрямований у бік деградації енергії. У багатьох випадках вірогідність процесу вирівнювання викликана тим, що мале вплив вивільняє велику енергію з-за потенційного бар'єру. У свою чергу, ця виділилася енергія частково йде на звільнення більшої, ніж перша частина потенційної енергії і т.д. Процес, таким чином, розвивається з позитивним зворотним зв'язком, тобто перетворюється в ланцюговій. Назвемо біфуркації, які ініціюють такий процес, біфуркації другого роду. Саме в галузі вивчення цих процесів в синергетики в основному і досягаються реальні результати.
Для ілюстрації таких процесів виберемо найбільш наочний приклад - річкову греблю. Чим вище рівень води, тим більша ймовірність того, що вода просочиться крізь дамбу і під нею. Якщо ж вона знайде вихід, то буде прагнути прискорити процес вирівнювання. Той же принцип реалізується і в різноманітних ланцюгових процесах: механічних (каменепад), електричних (пробою ізоляції, газовий розряд), хімічних і ядерних ланцюгових реакціях. Відповідно до цього принципу відбуваються і процеси утворення небесних тіл. Притягаючи до себе речовина, небесні тіла збільшують свою масу, але чим більше маса, тим більше наростає міць цих процесів. У результаті можливе утворення нових потенційних бар'єрів за рахунок синтезу ядер легких хімічних елементів. Ці процеси будуть перешкоджати тепловим розширенням процесу стиснення. А. Дюкрок назвав сукупність таких процесів, що регулюють стійкість небесних тіл, "кібернетикою космосу" [8]. Термоядерний процес, що протікає на Сонці, забезпечує виникнення хімічних потенційних бар'єрів у з'єднаннях, синтезованих на Землі зеленими рослинами і т.п.
Існують ситуації, коли потенційний бар'єр може бути усунутий або відновлено за рахунок слабкого енергетичного впливу. Якщо та ж гребля має заслінку у свого дна, то невелику прикладена до неї умова забезпечить необмежений і в той же час легко керований перетікання води з верхнього б'єфу в нижній. Такий же ефект буде досягнутий, якщо, наприклад, слабке механічний вплив введе каталізатор в контакт з відповідним субстратом або поворотом вимикача буде замкнута електрична ланцюг і т.д. Назвемо біфуркації подібного виду біфуркації третього роду. Саме ці біфуркації і являють собою інформацію, тобто специфічний вплив на структури, характерні лише для живих і автоматичних систем [9]. Саме ці процеси відрізняють системи як організовані. Що ж стосується синергетики, то вона займається вивченням впорядкованих систем, що аж ніяк не є специфічною властивістю організмів і автоматів.
Характерно, що в синергетики не робиться відмінності між цими принципово різними видами біфуркацій, але саме тут проходить вододіл між відсталої і живою природою.
Спроби використовувати термодинаміку для з'ясування специфіки життя робилися задовго до виникнення синергетики. Історія цього підходу налічує вже більше сотні років і починається з уже згадуваної промови Л. Больцмана. Згідно Больцманом організми - це відкриті системи, які зменшують свою ентропію за рахунок зовнішнього джерела. Цю ідею підтримали К.А. Тімірязєв, Ф. Аурбах, А.Є. Ферсман, В.І. Вернадський, Е.С. Бауер, А.І. Опарін та інші ученью. Е. Шредінгер сформулював це положення найбільш коротко: "Негативна ентропія - це те, чим харчується життя" [2. С. 74]. У 1901 р. Н.А. Умов висунув положення про те, що організми містять щось на зразок демона Максвелла, який повідомляє їм упорядкованість. І хоча Л. Берталанфі показав, що ентропія реальними відкритими системами може "викидатися" у навколишнє середовище, і з цієї ж середовища може вилучатись негативна ентропія, точка зору Л. Больцмана на специфіку життя як негептропішюго освіти домінує досі. Найбільш відомі сучасні автори у цієї області І. Пригожин, Ж. Ніколіс, М. Епген, А.П. Руденко і ряд інших вчених, бачать специфіку життя в стаціонарності процесів, що протікають в організмі. Феномен життя відноситься ними до дисипативних систем з стійким дисбалансом. Але до таких систем відносяться не тільки організми, а й будь-які потоки. Зокрема, кругообіг води в природі має споїмо енергетичним донором те ж джерело, що і біосфера - Сонце. При цьому біосфера споживає лише незначну частину сонячної енергії в порівнянні з кругообігом води. Коли Земля охолоджується, не отримуючи сонячного світла, за рахунок енергії хмар відбувається робота, яка веде до випадання опадів. Звідси починається кругообіг, забезпечуючи надходження сонячної енергії на остигнула земну поверхню. Таким чином, і тут поповнення енергії та підтримання сталого нерівноваги здійснюється подібно до того, як це роблять організми, вже безпосередньо за рахунок власної енергії і власної діяльності. Новий виникає при цьому цикл випаровування забезпечує не тільки поповнення енергії, але і температурний гомеостаз земної поверхні, знову закриваючи її хмарами. Таким чином, кругообіг води уподібнюється з цих позицій живому. Тим не менш, очевидно, що життя має принципові відмінності від кругообігу води. Це специфічна відмінність може бути знайдено, якщо ми згадаємо, яку роль у фізиці XX ст. зіграло розуміння того факту, що світло, що представлявся безперервним потоком, насправді випромінюється дискретними квантами, сила-силенна яких, а також особливості нашого сприйняття, і створювали уявлення про потік. Сам автор цього відкриття М. Планк, як відомо, протягом декількох років сумнівався в реальності цього, отриманого теоретичним шляхом, результату.
Подібне "квантування" здійснюється в живій за рахунок реакцій на сигнали і забезпечується відповідними структурами, що дозволяє організму функціонувати набагато економічніше, ніж у стаціонарному режимі і головне відповідно до обставин, а це і принципі невиведені з ентропійних характеристик. Різні підсистеми організму - дихальна, травна, видільна та т.зв. - Включаються на значну потужність поперемінно, але сигналам про потреби. У цей час інші підсистеми працюють лише на підтримку "боєготовності". І лише підсумовування і осереднення за часом і енерговитратам створює враження стаціонарних потоків маси, енергії та ентропії.
Енергетичне перевагу реальній життєдіяльності полягає в тому, що якщо стаціонарний режим вимагає постійного рівня енерговитрат, то реальні організми, працюючи в інформаційному режимі, можуть майже повністю виключати з роботи свої підсистеми.
Сигнально - інформаційний підхід до проблеми життя дозволив "проквантовать" організми і автомати, виділивши їх елементарні структури, на яких визначаються одиниці інформації, знання, сенсу і т.п. На основі цих елементарних одиниць будуються, подібно до молекул з атомів, більш складні "надмолекулярні" та вищі структури [9].
І. Пригожий вважає, що незворотність визначається відсутністю єдиного шляху повернення системи до вихідного стану з огляду на безліч можливих біфуркацій і атракторів, що створюють багатоваріантність траєкторій руху нестабільної системи в часі. Як видається, однак, більш поглиблене розуміння цього феномену слід з розуміння етапів еволюції Всесвіту. Кожна зміна характеризується появою нових закономірностей. Так було після Великого вибуху, коли від єдиної взаємодії по черзі відділялися гравітаційне, сильне, слабке і електромагнітне. До виникнення життя не існувало законів біології, до появи суспільства - законів історії і т.п. Лише необізнаність про характер цих процесів і накладених ними обмежень дозволяє нам припускати необмежену багатоваріантність траєкторій розвитку світу в цілому і кожної окремої його системи.
Обмеження багатоваріантності траєкторій руху виявляють себе на всіх рівнях матерії, починаючи від атомних ядер, різноманітність яких обмежена принципом Паулі, і закінчуючи організмами, які повинні бути вписані в геобіоценоз, а для людини ще й в соціум. У більш загальному формулюванні кожен об'єкт повинен відображати Космос і його еволюцію, що накладає сильне обмеження на можливе різноманітність і позірна безліч атракторів [9J. Можна уявити собі, яким чином створювалися умови для виникнення життя і її еволюції до вищих форм - не завдяки антіентропійний процесам, а навпаки - завдяки процесам, пов'язаним із зростанням ентропії. Почнемо з прикладу, який ми запозичуємо у А. Дюкрака [8]. Растянем пружину, закріплену одним кінцем. У ній виникнуть коливання, які тривали б вічно, якби енергія упорядкованого руху пружини не переходила у хаотичне тепловий рух молекул. Саме це властивість забезпечує можливість упорядкованих процесів на макрорівні. Дійсно, без незворотності, відображеної у другому законі термодинаміки, світ уподібнився б нескінченно коливається пружині. Ці коливання по різним потенціалом то слабшали б, то посилювалися. Світ втратив би стійких форм. Як показує У.Р. Ешбп, адаптація до такого світу була б неможлива [10] і життя не могла б ні існувати, ні навіть виникнути. Але, очевидно, що для поглибленого розуміння еволюційних процесів необхідно усвідомити шляхи, по яких відбувається реалізація другого закону термодинаміки. Широке поширення різноманітних процесів вирівнювання, як ланцюгових, так і каталітичного типу, дозволяє сформулювати принцип максимізації як притаманне енергії прагнення до вирівнювання. Проте процеси вирівнювання ініціюються не тільки біфуркації. Вони посилюються ще й тими властивостями енергії, які мають інший характер прояву. З огляду на їх важливості для виникнення і еволюції життя видається доцільним зафіксувати їх характер в окремому принципі - диференціації енергії при наявності опору процесу вирівнювання потенціалів. Так, електричний струм, що рухається по провіднику малого опору, породжує лише незначне виділення теплової енергії, якщо ж опір буде зростати, то до виділення тепла додасться світлове випромінювання, а потім і хімічний процес (горіння провідника) та супроводжуючий його звуковий імпульс. Або болід, рухаючись до Землі, у міру наростання щільності атмосфери може викликати спочатку розігрів її і себе, потім світіння, а потім звук і механічне руйнування.
Розглянемо під кутом зору викладених вище міркувань окремий випадок прояву життя у вигляді земної її форми з матеріальною та енергетичної точок зору. Очевидно, з найбільшою ймовірністю життя повинна виникнути на небесному тілі, що володіє максимальним різноманітністю потенційних бар'єрів. Для реалізації такої умови небесне тіло повинно пройти еволюцію від температур порядку мільярдів градусів до температур, близьких до абсолютного нуля. У такому випадку воно буде володіти повним набором елементів періодичної таблиці, і представляти собою справжній консервант різних потенційних бар'єрів: ядерних, хімічних, електричних, механічних і т.п. З цієї точки зору в масштабах зоряних температур Земля якраз і є подібним до небесним тілом з повним набором хімічних елементів і температурою її поверхні, практично не відрізняється від абсолютного нуля.
Опір атмосфери, води та інших хімічних сполук і речовин потоку сонячних променів приводить, і відповідно до принципу диференціації, до трансформації сонячної енергії в різні форми, головною з яких є кругообіг води в природі, і лише невелика частина витрачається на хімічні реакції. Ці, і в першу чергу каталітичні, реакції [II], мабуть, і поклали початок життя. Виникнувши, життя, завдяки здатності до розмноження, розвивається як ланцюговий процес відповідно до принципу максимізації.
Передбачається, що першими організмами були археобактеріі, извлекающие енергію за рахунок окислення неорганіки, зокрема залізо-і серобактерии. Спочатку між першими видами організмів не відбувалося боротьби за джерела енергії, що була в надлишку. Недолік енергії не грав ніякої ролі в біосфері на перших порах її виникнення та розвитку, всупереч думці Больцмана. Але в міру збільшення біомаси конкуренція за джерела енергії представляється як опір принципом максимізації, і тоді знову "включається" принцип диференціації. Він проявляється на всіх етапах розвитку життя через утворення нових видів і освоєння ними різних екологічних ніш. Так, в даний час майже на кожен елемент періодичної таблиці існує вид бактерій, що веде свій початок від археобактеріі, який видобуває енергію за рахунок його хімічних перетворень.
Якщо виникнення і розвиток археобактерій можна розглядати як локальний планетарний процес, то поява зелених рослин, що черпають енергію від Сонця, носить вже безпосередньо космічний характер. І тут спрацьовує принцип максимізації, що виражається до появі організмів - гетеротрофів, що пожирають зелені рослини, діяльність яких дає вихід накопиченої в них енергії.
Наступний етап, на якому був реалізований принцип максимізації, це поява аеробних організмів, здатних окислити глюкозу киснем повітря за рахунок використання енергії метастабільних стані, обумовлених хімічними зв'язками. Енергія, яку видобувають із глюкози в цьому процесі, в 9 разів перевищує анаеробний спосіб.
З енергетичної точки зору дію принципів максимізації і диференціації проявилося на етапах підвищення організації біологічних видів. Кожен новий рівень організації вимагає нових речовин і умов для свого виникнення та існування - це різні інтервали температур, тисків, концентрацій і т.п. Різноманітність речовин, що утворюють різні організмені структури, з енергетичної точки зору є наслідком принципу диференціації, що дозволяє діссіпіровать енергію різноманітними шляхами. Чим з більшої кількості компонентів складаються організми, тим вже область їх спільного існування. Цим і обумовлюється необхідність гомеостазу, який забезпечує відносну незалежність організму від зовнішнього середовища. Родоначальник вчення про гомеостазі К. Бернар говорив, що він (гомеостаз) є умова свободи [II]. Для підтримання гомеостазу потрібні спеціальні механізми, робота яких вимагає енерговитрат. У результаті навіть бактерії витрачають на гомеостаз майже половину своєї енергії спокою. Що ж стосується високоорганізованих, то на нього вона йде майже вся. Так, перехід на терморегуляцію підвищує витрата енергії майже на порядок. Але складні організми вимагають не просто гомеостазу, а полнгомеостаза, тобто різного гомеостазу для різних своїх органів. Наприклад, шлунково-кишковий тракт ссавців розбитий на ряд відділів, у кожному з яких підтримується свій гомеостаз. Мозок захищений від непотрібних або небезпечних речовин, які можуть потрапити в нього з крові, фільтром-гомеостазом, званий гематоенцефалічний бар'єр. У підсумку, якщо ккд найпростіших при побудові нових тканин становить 70-80%, то ккд високоорганізованих знижується вже до частки відсотка [13]. Іншими словами, поява високоорганізованих гетсротрофов - це вже не просто подолання, а прорив своєрідного потенційного бар'єру, створеного рослинами на шляху реалізації принципів максимізації.
Але прорив цей розширюється ще одним фактором - розвитком мозкових структур у бік все більш зростаючої здібності не тільки до управління нагальними потребами, але до все більш далекому, широкому і надійному моделюванню реальності для постановки своїх цілей і шляхів їх досягнення. Це зажадало їх збільшення, ускладнення і збільшення енергозабезпечення. У підсумку, мозок людини, що становить приблизно 2% від усього тіла, поглинає приблизно 20% його енергетичного бюджету в стані спокою. Таким чином, з енергетичної точки зору Цефалізація знаходиться на вістрі еволюційного процесу як наслідок принципу максимізації.
З появою людини і цивілізації споживання енергії зросло настільки, що якби все населення Землі перейшло на рівень споживання індустріальних країн, то екологічна катастрофа пішла б негайно. І, нарешті, людство стало руйнувати набагато більш потужні потенційні бар'єри - ядерні - і кинувся в пошуку нових екологічних ніш у космосі.
Час і синергетика
Надзвичайно жорстке обмеження на величезну різноманітність об'єктів, що допускається природними законами, передбачає вимога відповідності кожного об'єкта мікрокосму. Ним є не тільки людина, як вважали древні філософи, а й будь-який камінь. Дійсно, він повинен врівноважувати вплив на нього безлічі руйнівних впливів ближнього космосу: сили гравітації, що розчиняє дії води, руйнівних перепадів температури і хімічних речовин, що містяться у воді та повітрі, механічних впливів і т.д. Будь-який об'єкт виникає тоді, коли еволюція Космосу обумовлює його виникнення, існує - поки є мікрокосмом і гине, коли перестає відображати змінився Космос.
Крім того, кожен об'єкт несе в собі історію еволюції Космосу. У мікрокосмі, представленому каменем, вона прочитується в нуклонах атомних ядер. виникли з кварків в результаті розширення й остигання речовини після "Великого вибуху". Під входять до його складу атомах важче водню прочитується історія важких зірок, в надрах яких вони були синтезовані, в хімічному складі і структурі складають його мінералів - геологічна історія Земля.
Виходячи з поняття мікрокосму, спробуємо зрозуміти причину відкритого А. Ейнштейном відносної зміни ходу часу, а також маси і розміру тіла, швидкість якого змінюється по відношенню до деякого даному тілу. Як відомо, А. Ейнштейн пояснює, що відбувається при зміні швидкості тіла, але залишається відкритим питання, чому це відбувається. Відповідь на нього, як видається, може бути наступний: зміна ходу часу в об'єкті, а також зміна його розміру і маси при зміні його швидкості, відбувається як результат перебудови його взаємодії з іншими космічними об'єктами, тобто зміни його, як мікрокосму. Виражені у відомій математичній формі, ці зміни наводять на думку про додатковий чинник упорядкування Космосу. Космос, що означає по-грецьки порядок, об'єднаний в одне впорядковане изотропное ціле силами гравітації, обміном променистою енергією і корпускулярним потоками. До цих факторів, мабуть, можуть бути віднесені і згадані зміни в космічних об'єктах, компенсуючі зміни їх відносних швидкостей.
Характеризуючи синергетичну концепцію І. Пригожина, а також її передісторію, М.В. Кузьмін пише: "Поняття ентропійної" стріли "часу" сходить, як відомо, до Больцманом, акцентовано Еддінгтона і розвивається у вигляді статичного ентропійного ансамблю у Рейхенбаха ... підхід Пригожина вторить Больцманом, Еддінгтона і Рейнбаху. Позитивним моментом у підході Пригожина є те, що ... у Пригожина принцип зростання ентропії по суті не статистичний факт, а універсальний закон природи "[14]. Тут, мабуть, мається на увазі акцент на історії системи, що пройшла через ряд біфуркацій, посилюючи тим самим незворотність, обумовлену ентропійними процесами.
Очевидно, що наявність стріли часу в глобальному масштабі зумовлено розширенням Космосу як наслідком "Великого вибуху". Оскільки кожен існуючий об'єкт є мікрокосмом, в результаті стріла його внутрішнього часу, що визначає напрям протікають в ньому процесів, пов'язана з глобальною стрілою. Розглянемо, як реалізується час у Всесвіті. Тут звертає на себе увагу так званий антропний принцип. Він був сформульований після того, як рядом вітчизняних і зарубіжних вчених (Я. Б. Зельдовичем, І. Д. Новіковим та ін) були зроблені підрахунки, пов'язані з варіаціями можливих значень світових констант (швидкості світла, заряду і маси електрона і т. п.). Виявилося, що при відносно невеликих змінах їх величин Космос виявився б принципово іншим і, принаймні, наша форма життя і відповідно людство не могли б виникнути. Створюється враження, що ці константи як би були попередньо кимось підраховані. Звертає на себе увагу й інший факт-збіг структури основних законів світобудови. Так, закон всесвітнього тяжіння у формулюванні Ньютона, закон Кулона і закон магнітного взаємодії мають абсолютно однакову структуру. Більш того, як показано новосибірським фізиком Ю.І. Кулаковим, всі фізичні закони мають у принципі однакову структуру. Це дозволяє відразу характеризувати знову відкриті закони або як відповідні реальності, або як апріорі помилкові.
В даний час з'являється безліч робіт, що вказують на необхідність аналізу поняття внутрішнього часу систем. Це час служить для вимірювання як періоду життя тієї чи іншої системи, так і тривалості різних її етапів. Природно, що особливим класом є біологічні системи. В.І. Вернадський ще до творів І. Пригожина вважав, що стріла часу, напрямок якої визначається зростанням ентропії, непридатна для характеристики біологічних процесів. Свою думку він засновував на антиентропійну характері життя. В якості характеристики він пропонував визначення напряму стріли часу зміною поколінь організмів [15]. С.В, Мейен у свою чергу пропонував для визначення біологічної стріли часу і його обчислення використовувати зміну таксометріческіх одиниць в еволюційному процесі [16]. У свою чергу Т.А. Детлаф запропонувала для тих же цілей істотно меншу одиницю часу, в якості якої виступає тривалість мітозу - клітинного ділення у зародків більшості пойкілотермних - холоднокровних - тварин [17]. Однак ці цикли інші за тривалістю як у ряду пойкілотермних, так п у гомойтермних тварин, що робить запропоновану нею одиницю обчислення біологічного часу не універсальною. Крім того, в клітці в секунду відбуваються мільйони ферментативних актів, що визначають її життєдіяльність, кожен з яких являє собою елементарний інформаційний процес [9]. Проблема обчислення внутрішнього часу організмів ускладнюється і тим фактом, що йому властиві варіації в досить широких межах щодо зовнішнього часу. Дійсно, наприклад, строк між мітозами одноклітинних вимірюється хвилинами чи годинами. У той же час, якщо в життєдіяльність найпростіших вторгається період анабіозу, то термін цей у зовнішньому обчисленні може розтягнутися на мільйони років, у той час як але внутрішньому обчисленні (число мітозів) він залишається незмінним.
Це робить необхідним аналіз поняття анабіозу з метою визначення, наскільки типовим воно є для розуміння специфіки життя і відповідно її хронометражу. Посилаючись на думку великого теоретика біології Д. Бернал, що вважав цю особливість настільки важливою, що пропонував включити її в загальнокосмічну визначення життя. Як видається, ця думка може бути підтримано наступними міркуваннями. Так, у роботі Б.М. Меднікова наводиться ряд прикладів, коли кількість видів, що визначаються за фенотипом, майже на порядок перевищує їх реальне число. Це пов'язано з тим, що ті або інші їх фенотипічні прояви, що приводили систематиків до подібних помилок, визначалися умовами розвитку особини [18]. Відомо, що стать крокодила визначається температурою, при якій знаходиться кладка. При зміні характеру харчування виробляються ферменти для засвоєння нової їжі. І, нарешті, згадаємо той загальновідомий факт, що в процесі ембріогенезу і онтогенезу нові органи з'являються в певній послідовності. Усі ці, здавалося б, різнорідні факти свідчать про те, що анабіоз починається вже на рівні молекулярної програми. Її частині до часу можуть перебувати в анабіотичного стані або ж взагалі не проявлятися протягом всього життя особини. Відзначимо також, що здатність перебувати про стан повного або часткового анабіозу властива не тільки найпростішим, але і ряду вищих тварин (бабаки, ведмеді). Про важливість анабіозу говорить і той факт, що вища економічність життєдіяльності організмів зумовлена не стаціонарністю їх життєдіяльності, а частковим анабіозом підсистем, які не виконують в ті чи інші моменти своїх функцій (травна, видільна і т.п.). Все це свідчить про те, що анабіоз є фундаментальним і загальним властивістю живого, зафіксованим вже в його вихідних програмах на молекулярному рівні.
Спробуємо підійти до вирішення проблеми біологічного часу, грунтуючись на тому факті, що управління процесами як на рівні біохімічних реакцій, так і на рівні цілого організму, здійснюється сигналами (інформацією). Реалізація інформації та її темпи залежать від зовнішніх умов. Це можуть бути несприятливі температурні умови, що уповільнюють процес розвитку або будь-які інші, що вводять організм в повний анабіоз. Але, як зазначав ще Вл. Соловйов, не зовнішні умови, а саме спадкова інформація є визначальним чинником, бо з яйця птахи так вилупиться птах того ж виду. І у всіх випадках кількість інформації протягом усього періоду життя клітини буде величиною одного порядку, незалежно від часу між мітозами. Це дозволяє розукрупнити цю основну одиницю клітинного часу на елементарні інформаційні одиниці. Крім того, такий підхід дозволяє ввести для обчислення внутрішнього клітинного часу апарат математичної теорії зв'язку Шеннона (теорії інформації). Відкривається також перспектива обчислення за допомогою цього ж апарату внутрішнього часу багатоклітинних організмів за рахунок підсумовування інформації, що управляє роботою окремих клітин та окремих органів, а також будь-яких більш великих утворень як еволюційного, так і біосферного плану. Практичне числення такого обсягу інформації, починаючи щоразу з рівня біохімічних реакцій, може здатися нереальним. Однак і [9] показано, як можна здійснювати подібні обчислення, починаючи з будь-якого рівня ієрархічних структур організмів і автоматів при вирішенні практичних завдань. Очевидно, що інформаційне уявлення внутрішнього часу робить його обчислення незалежним від зовнішнього - еталонного часу.
Інформаційні процеси мають найважливішою властивістю, власне і є необхідною відмітною ознакою життя. Вони характеризують її здатність до випереджаючого реагування: специфічні реакції організмів протікають не безпосередньо у відповідь на важливе для їх існування вплив, а на випереджальний їх слабкий енергетичний ознака - сигнал. Ці реакції міняють місцями в часі причину і наслідок. З моменту отримання інформації (запаху, звуку і т.п.) дії організму підпорядковуються цілі (причини), розташованої в майбутньому (порятунку від хижака, видобутку їжі і т.д.). Ці дії стають наслідком цієї майбутньої причини, хоча сама їх послідовність підпорядковується ординарним фізичним закономірностям. Таким чином, момент отримання інформації є центром тимчасової симетрії між фізичною і біологічні причини. З появою у вищих організмів психіки випередження подій стає істотно більш далеким і надійним. Дійсно, думки і почуття спрямовані на спогад минулого, аналіз цього, але все це робиться, як правило, для вибору цілей у майбутньому і оптимального шляху до них. Тут має місце перетин з твердженнями відомого астрофізика Н.А. Козирєва про одномоментне існування минулого, сьогодення і майбутнього Всесвіту. Однак такий висновок, як випливає з сучасних уявлень, вимагає, з одного боку, одномоментного існування континууму Всесвітів, кожна з яких відповідає черговому моменту її життя. З іншого боку, подібна реальність позбавила б людину свободи волі в силу жорсткої зумовленості.
У зв'язку з цим набагато більш прийнятним представляється існування програми еволюції Всесвіту, що допускає коригування ходу подій, але не їх мети. Побічно на користь такого припущення говорить наявність структурно відокремлених програм, що відрізняють організми від відсталої матерії, починаючи з рівня найпростіших. Порівняно жорсткі частини програм, що дозволяють організму робити вибір лише з наявного вибору можливостей (тобто ті чи інші фенотипічні прояви, здібності до засвоєння того чи іншого виду їжі і т.п.) зафіксовані в ДНК і РНК. Але чим ближче на еволюційних сходах організм до "образом і подобою", починаючи зі здатності до вироблення умовних рефлексів, тим більше стає частка придбаних програм, тим більше свобода волі і відповідальності.
Обмовимо для більшої строгості викладу, що під програмою розуміється структура, здатна під впливом енергетичного потоку виробляти сигнали - інформацію. Найбільш наочним прикладом програм можуть з'явитися текст або ландшафт, породжують сигнали-інформацію під впливом світлового потоку. Зі сказаного може бути зроблений висновок, що весь процес життєдіяльності організму від народження до смерті від старості визначається програмами, що створюють стрілу часу.
Узгодження вищих ієрархічних програм з нижчими здійснюється за допомогою сигналів-інформації, реалізуючи прямий і зворотній зв'язок у часі. Як це здійснюється в організмі людини, детально було проаналізовано Н.А. Бернштейном [19].
Отже, існує лише внутрішній час для всіх систем, включаючи Всесвіт. Зовнішнє час використовується в якості еталонного для порівняння процесів, що протікають в різних системах. Однорідність часу в принципі може встановлюватися за рівністю відрізків прямих, що фіксують за допомогою приладів періодичні процеси в різного роду годинах, бо порівняння довжин відрізків прямих є прийомом, доступним людським органам.
Суттєвим є питання про різної тривалості інформаційних актів, як у зовнішньому, так і у внутрішньому часу систем. Але саме завдяки цьому і узгоджуються різні програми в загальній програмі еволюції Всесвіту і процеси як всередині, так і поза систем. В організмах для цієї мети існує безліч годин-біоритмів, в геобіоценозів темп біологічної еволюції узгоджується з темпом геологічної і т.п.
Отже, наведений аналіз дозволяє, як видається, зробити висновок: додатки синергетики до проблем біології дають лише поверхневі аналогії. По-перше, тому що абсолютно неправомірно ототожнені два принципово різних поняття: "впорядкованість" і "організація". Кристал, наприклад, впорядковане амеби, а пам'ятник - людини, якому він присвячений хоча б у силу того, що з опису розташування їх молекул виключається змінна - час. У відношенні організації ці об'єкти знаходяться в зворотній залежності. По-друге, характер посилення слабких впливів пов'язане в живому з іншими механізмами-сигнально-інформаційними, суть яких синергетика не розкриває.
Література
1. Пачсрлс Р.Є. Закони природи. М., 1958. С. 12.
2. Шредінгер Е. Що таке життя. М., 1972. С. 75.
3. Фсйнмін Р. Характер фізичних законів. М., 1968. С. 120-121.
4. Прігпжін І. Перевідкриття часу / / Питання філософії. 1989. № 8.
5. Цит. по: Большаков Б.Є.. Мінін В.Є. Взаємозв'язок другого закону, принципів стійкості нерівноваги Бауера-Вернадського та інформації / / Ервпн Бауер і теоретична біологія. Пущі, 1993.
6. Путілон К.А. Термодинаміка. М.. 1971. С. 52.
7. Кузнецоч Б.Г. К. історії застосування термодинаміки в біології / / Тріігер К.С. Біологія та інформація. М., 1965.
8. Дкжрок А. Фізика кібернетики / / Кибернетика очікувана і кібернетика несподівана. М., 1968.
9. Штсренберг М.І. Проблема Берталанфі і визначення життя / / Питання філософії. 1996. № 2.
10. Етбі У.Р. Конструкція мозку. М.. 1962.
11. Рудснко А.П. Теорія саморозвитку відкритих каталітичних систем. М., 1969.
12. Цит. по: Ушаков Л. Життя, смерть і принцип рими / / Хімія і життя. 1994. № 2. \ З.Ле.чшпчн К. Інтерв'ю з академіком С.С. Шварцем / / Знання - сила. 1976. № 9.
14. Кузьмін М.В. Екстатичне час / / Питання філософії. 1996. № 2.
15. Вернадський В.І. Простір і час у живої та неживої природи / / Філософські думки натураліста. М.. 1968. С. 210-296.
16. Мічений С.В. Поняття часу і типологія об'єктів (на прикладі геології і біології) / / Діалектика в науці про природу і людину. М., 1983. С. 311-317.
17. Детлаф Т.А. Годинник для вивчення часових закономірностей розвитку тварин / / Конструкція часу в природознавстві. М., 1996.
18. МеОнікоч Б.М. Молекулярні основи концепції біологічного виду / / Російський хімічний журнал. 1995. Т. 39. № 2.
19. Берічпейн Н.А. Нові лінії розвитку в біології та їх співвідношення з кібернетикою / / Питання філософії. 1962. № 6.
ЩО ТАКЕ СИНЕРГЕТИКА?
Ю. О. ДАНИЛОВ, Б. Б. Кадомцев (Взято з книги авторів "Нелінійні хвилі. Самоорганізація". М., Наука, 1983.)
Непотрібність строгих визначень.
Перша із знаменитих "Лекцій з коливань" Л. І. Мандельштама [1, с.11] починається словами: "Зовсім не легко дати визначення того, що складає предмет теорії коливань". І далі: "Було б безплідним педантизмом намагатися" точно "визначити, якими саме процесами займається теорія коливань. Важливо не це. Важливо виділити керівні ідеї, основні загальні закономірності. У теорії коливань ці закономірності дуже специфічні, дуже своєрідні, і їх потрібно не просто "знати", а вони повинні увійти у плоть і кров "(с. 13).
Сказане повною мірою відноситься і до X-науці, якщо під X розуміти поки не усталене назва ще не сформованого остаточно наукового напрямку, що займається дослідженням процесів самоорганізації та освіти, підтримки і розпаду структур у системах самої різної природи (фізичних, хімічних, біологічних і т . д.).
Що означає "синергетика"? Синергетика - лише одне з можливих, але далеко не єдине значення X. Термін "синергетика" походить від грецького "Синергія" - сприяння, співробітництво. Запропонований Г. Хакеном, цей термін акцентує увагу на узгодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого. Більшість існуючих нині підручників, довідників і словників обходять неологізм Хакена мовчанням. Заглянувши в енциклопедії останніх видань, ми з імовірністю, близькою до одиниці, виявимо в них не синергетику, а "синергізм" (1.Совместное і однорідне функціонування органів (наприклад, м'язів) і систем; 2. Комбінована дія лікарських речовин на організм, при якому сумарний ефект перевищує дія, що виникає кожним компонентом окремо). Фігура умовчання пояснюється не тільки новизною терміну "синергетика", але і тим, що X - наука, що займається вивченням процесів самоорганізації і виникнення, підтримки, стійкості і розпаду структур самої різної природи, ще далека від завершення і єдиної загальноприйнятої термінології (в тому числі і єдиного назви всієї теорії) поки не існує. Бурхливі темпи розвитку нової галузі, яка переживає період "штурму і натиску", не залишають часу на уніфікацію понять і приведення в струнку систему всієї суми накопичених фактів. Крім того, дослідження в новій галузі з огляду на її специфіки ведуться силами і засобами багатьох сучасних наук, кожна з яких володіє властивими їй методами і сформованої термінологією.
Паралелізм і різнобій в термінології і системах основних понять значною мірою обумовлені також відмінністю в підході і поглядах окремих наукових шкіл і напрямів і в акцентуванні ними різних аспектів складного і різноманітного процесу самоорганізації.
Синергетику Хакена легко описати: усе, що про неї відомо, міститься у безлічі
Synergetics = {x1, x2, ... xn},
де xi - i-й том випускається видавництвом Шпрінгера серії із синергетики [2-8].
Безліч це звичайно, але число елементів у ньому швидко зростає.
Розроблена майже півстоліття тому, ця програма стає особливо актуальною в наші дні істотною "делінеарізаціі" всієї науки. Без наочних і ємних фізичних образів, адекватних використовуваному апарату, немислимо побудова загальної теорії структур, теорії суттєво нелінійною. Озброюючи фізика концентрованим досвідом попередників, ці образи дозволяють йому долати труднощі, перед якими свідомо міг би спасувати дослідник, покладається лише на свої сили. У цьому відношенні фізичні образи Л. І. Мандельштама представляють собою глибоку аналогію зі структурним підходом Е. Нетер, яка навчила математиків за конкретними деталями завдання розрізняти контури загальної схеми - математичної структури, що задається аксіоматично.
Суть структурного підходу, сформульованого М. Бурбакі, звучить як парафраза мандельштамовской програми створення нелінійної культури: "Структури" є знаряддями математика, кожен раз, коли він помічає, що між елементами, досліджуваними їм, мають місце відносини, що задовольняють аксіомам структури певного типу, він відразу може скористатися всім арсеналом загальних теорем, що відносяться до структур цього типу, тоді як раніше він повинен був би болісно виковувати сам кошти, необхідні для того, щоб штурмувати розглянуту проблему, причому їх потужність залежала б від його особистого таланту, і вони були б зморені часто надмірно сором'язливі припущеннями, зумовленими особливостями досліджуваної проблеми "[17].
Слідуючи Р. В. Хохлова, виникнення хвиль і структур, викликане втратою стійкості однорідного рівноважного стану, іноді називають автохвильовим процесами (за аналогією з автоколиваннями) [15, 18]. На перший план тут виступає хвильовий характер утворення структур: незалежність їхніх характерних просторових і часових розмірів від початкових умов (вихід на проміжну асимптотики [19]), а в деяких випадках - від крайових умов і геометричних розмірів системи.
Синергетика і кібернетика.
Завдання з'ясувати з загальних позицій закономірності процесів самоорганізації та утворення структур ставить перед собою не тільки Х-наука. Важливу роль у розумінні багатьох істотних особливостей цих процесів зіграв, наприклад, кібернетичний підхід, протиставляє іноді як абстрагуються "від конкретних матеріальних форм" і тому протиставлюваний синергетичного підходу, що враховує фізичні основи спонтанного формування структур.
У зв'язку з цим цікаво відзначити, що творці кібернетики та сучасної теорії автоматів можуть по праву вважатися творцями або предтечами Х-науки. Так, Вінер і Розенблютом розглянули завдання про радіально несиметричному розподіл концентрації в сфері [21]. А. Тьюрінг у відомій роботі [22] запропонував одну з основних базових моделей структуроутворення і морфогенезу, що породила величезну літературу: систему двох рівнянь дифузії, доповнених членами, які описують реакції між "морфогенного". Тьюринг показав, що в такій реакційно-дифузійної системі може існувати неоднорідне (періодичне в просторі і стаціонарне в часі) розподіл концентрацій.
У руслі тих же ідей - вивчення реакційно-дифузійних систем - мислив знайти рішення проблеми самоорганізації і Дж. фон Нейман. За свідченням А. Беркса, що відновив за збереженими в архіві фон Неймана уривчастих записів структуру самовідтворюваного автомата, фон Нейман "припускав побудувати безперервну модель самовідтворення, засновану на нелінійних диференціальних рівняннях в приватних похідних, що описують дифузійні процеси в рідині. У зв'язку з цим цікаво відзначити, що фон Нейман отримав не тільки математичну освіту, але і підготовку інженера-хіміка.
Структура і хаос.
Поняття структури, основне для всіх наук, що займаються тими чи іншими аспектами процесів самоорганізації, за будь-якої міри спільності передбачає якусь "жорсткість" об'єкта - здатність зберігати тотожність самому собі при різних зовнішніх і внутрішніх змінах. Інтуїтивно поняття структури протиставляється поняттю хаосу як стану, повністю позбавленого будь-якої структури. Однак, як показав більш ретельний аналіз, таке подання про хаос настільки ж невірно, як уявлення про фізичному вакуумі в теорії поля як про порожнечі: хаос може бути різним, володіти різним ступенем впорядкованості, різною структурою.
Одним з сенсаційних відкритті було виявлення Лоренцом [2] складного поведінки порівняно простий динамічної системи з трьох звичайних диференціальних рівнянь першого порядку з квадратичними нелінійностямі. При певних значеннях параметрів траєкторія системи вела себе настільки заплутаним чином, що зовнішній спостерігач міг би прийняти її характеристики за випадкові.
Природа дивного аттрактора Лоренца була вивчена спільними зусиллями фізиків і математиків. Як і у випадку багатьох інших моделей Х-теорії, з'ясувалося, що система Лоренца описує самі різні фізичні ситуації - від теплової конвекції в атмосфері до взаємодії біжучому електромагнітної хвилі з інверсно-заселеної дворівневої середовищем (робочим тілом лазера), коли частота хвилі збігається з частотою переходу [24]. З екзотичного об'єкта дивний атрактор Лоренца виявився досить швидко зведеним до положення пересічних "недивно" атракторів - притягають особливих точок та граничних циклів. Від нього стали втомлюватися: чи легко виявляти дивні атрактори буквально на кожному кроці!
Але в запасі у дивного аттрактора виявилася ще одна досить незвичайна характеристика, яка виявилася корисною при описі фігур і ліній, обійдених увагою колись Евкліда, - так звана фрактальна розмірність.
Фрактали.
Мандельброт [25] звернув увагу на те, що досить широко поширена думка про те, ніби розмірність є внутрішньою характеристикою тіла, поверхні, тіла або кривої невірно (насправді, розмірність об'єкта залежить від спостерігача, точніше від зв'язку об'єкта з зовнішнім світом).
Суть справи неважко усвідомити з наступного наочного прикладу. Уявімо собі, що ми розглядаємо клубок ниток. Якщо відстань, яка відділяє нас від клубка, досить велике, то клубок ми бачимо як точку, позбавлену будь-якої було внутрішньої структури, тобто геометричний об'єкт з евклідової (інтуїтивно сприймається) розмірністю 0. Наблизивши клубок на деяку відстань, ми будемо бачити його як плоский диск, тобто як геометричний об'єкт розмірності 2. Наблизившись до клубка ще на кілька кроків, ми побачимо його у вигляді кульки, але не зможемо розрізнити окремі нитки - клубок стане геометричним об'єктом розмірності 3. При подальшому наближенні до клубка ми побачимо, що він складається з ниток, тобто евклідова розмірність клубка стане рівною 1. Нарешті, якщо б роздільна здатність наших очей дозволяла нам розрізняти окремі атоми, то, проникнувши всередину нитки, ми побачили б окремі точки - клубок розсипався б на атоми, став геометричним об'єктом розмірності.
Але якщо розмірність залежить від конкретних умов, то її можна вибирати по-різному. Математики накопичили досить великий запас різних визначень розмірності. Найбільш раціональний вибір визначення розмірності залежить від того, для чого ми хочемо використовувати це визначення. (Ситуація з вибором розмірності цілком аналогічна ситуації з питанням: "Скільки пальців у мене на руках: 3 + 7 або 2 + 8?" До тих пір, поки ми не надумали надіти рукавички, будь-яка відповідь можна вважати однаково правильним. Але варто лише натягнути рукавички, як відповідь на питання стає однозначним: "5 + 5".)
Мандельброт запропонував використовувати як захід "нерегулярності" (порізаності, звивистості і т. п.) визначення розмірності, запропоноване Безікович і Хаусдорфа.
Фрактал (неологізм Мандельброта [25]) - це геометричний об'єкт з дробовою розмірністю Безиковича-Хаусдорфа. Дивний атрактор Лоренца - один з таких фракталів.
Розмірність Безиковича-Хаусдорфа завжди не менше евклідової і збігається з останньою для регулярних геометричних об'єктів (для кривих, поверхонь і тіл, що вивчаються в сучасному підручнику евклідової геометрії). Різниця між розмірністю Безиковича-Хаусдорфа і евклідової - "надлишок розмірності" - може служити мірою відмінності геометричних образів від регулярних. Наприклад, плоска траєкторія броунівський частинки має розмірність, але Безікович-Хаусдорфа 1. більше 1, але менше 2: ця траєкторія вже не звичайна гладка крива, але ще не плоска фігура.
Розмірність
Безиковича-Хаусдорфа дивного атрактора Лоренца більше 2, але менше 3: аттрактор Лоренца вже не гладка поверхня, але ще не об'ємне тіло.
Про ступінь впорядкованості або невпорядкованості ("хаотичності") руху можна судити і по тому, наскільки рівномірно розмазаний спектр, чи немає в ньому помітно виражених максимумів і мінімумів. Ця характеристика лежить в основі, так званої топологічної ентропії, яка є, як і її статистичний прототип, мірою хаотичності рухів.
Існують і інші характеристики, що дозволяють судити про впорядкованості хаосу.
Структура структури.
Як не парадоксально, новий напрямок, настільки успішно справляється із завданням наведення порядку в світі хаосу, істотно менше досягло успіхів у наведенні порядку серед структур.
Зокрема, при пошуку і класифікації структур майже не використовується поняття симетрії, що грає важливу роль в багатьох розділах точного і описового природознавства.
Так само як і розмірність, симетрія істотно залежить від того, які операції дозволяється робити над об'єктом. Наприклад, будова тіла людини і тварин має білатеральної симетрією, але операція перестановки правого і лівого фізично не здійсненна. Отже, якщо обмежитися тільки фізично здійсненними операціями, то білатеральної симетрії не буде. Симетрія - властивість негрубі: невелика варіація об'єкта, як правило, знищує весь запас властивою йому симетрії.
Якщо визначення симетрії вибрано, то воно дозволяє встановити між досліджуваними об'єктами відношення еквівалентності. Всі об'єкти поділяються на непересічні класи. Всі об'єкти, що належать одному і тому ж класу, можуть бути переведені один в одного належно обраної операцією симетрії, у той час як об'єкти, що належать різним класам, ні однією операцією симетрії один в одного переведені бути не можуть.
Симетрію слід шукати не тільки у фізичному просторі, де розігрується процес структуроутворення, але і в будь-яких просторах, що містять "портрет" системи.
У роботі [26] зроблена спроба сформулювати вимоги симетрії, яким повинна задовольняти біологічна система. На думку автора, "суть справи тут полягає в еволюційному пристосуванні біологічних систем організмів до фізичних і геометричними характеристиками зовнішнього світу, в якому вони себе" виявляють ".
Біомеханіка рухів скелета, "константності" психології сприйняття, біохімічні універсалії життєвих процесів, руху і потоки, пов'язані з морфогенезом, - все це реакції окремих видів організмів на відповідні інваріантності, властиві Геометрика-фізико-хімічними характеристиками зовнішнього середовища, які організми "зуміли" ідентифікувати і включити в свою філогенію в процесі еволюції. Чим більше інваріантних, регулярних властивостей свого зовнішнього світу зміг розпізнати і "врахувати" організм, тим більше хаосу вдається йому усунути із зовнішнього середовища, що в койне решт забезпечує його переваги з точки зору прийняття рішень, зменшення фрустрації, домінування і, по суті, виживання "[26, с. 183]. Класифікувати структури можна і за ступенем їх складності. Однак і в цьому напрямку здійснені лише перші кроки.
Аксіоматичний підхід.
Складність поведінки навіть простих моделей (термін "елементарних" стосовно до цих моделей так само, як і у випадку елементарних частинок, відображає швидше рівень наших знань про них, ніж їх справжню складність) навела дослідників на думку звернутися до аксіоматичного методу з тим, щоб, слідуючи Гільберт, відокремити істотні особливості моделі від несуттєвих, випадкових і тим самим полегшити побудову моделей, що відтворюють потрібний режим поведінки.
С. Улам [27] та інші автори розглянули відображення площині на себе, вироблені за певними правилами (аксіомам). Найбільш ефектним виявилося відображення, запропоноване Копуеем [28, 29], - його знаменита гра "Життя".
Грають на площині, розбитою на квадратні клітини одного і того ж розміру. Кожна клітина може перебувати в одному з двох станів: або бути зайнятою (наприклад, фішкою), або порожній. Початковий стан (початкова розстановка фішок) може бути вибрана довільно. Наступні стану клітин залежать від зайнятості сусідніх клітин на попередньому ходу. Сусідніми вважаються вісім клітин, що безпосередньо прилягають до даної (що мають з нею або загальну сторону - примикання праворуч, ліворуч, зверху і знизу, або загальну вершину - примикання по діагоналі). Гра складається з дискретної послідовності ходів. На кожному ходу до всіх клітин дошки застосовуються наступні три правила (аксіоми).
I. Виживання. Клітка залишається зайнятою на наступному ходу, якщо на попередньому були зайняті дві, або три сусідні з нею клітини.
2. Загибель. Клітка стає вільною на наступному ходу, якщо на попередньому було зайнято більше трьох або менше двох сусідніх клітин (у першому випадку клітина "гине" через перенаселення, у другому - через надмірну ізоляції).
3. Народження. Вільна клітина стає зайнятою на наступному ходу, якщо на попередньому були зайняті три і тільки три сусідні клітини.
Удавана простота правил Конуей оманлива: як і прості динамічні системи, дошка з розставленими на ній фішками може перейти в дуже складні режими, що імітують процеси загибелі (повне знищення всіх розставлених у початковій позиції фішок), необмежене зростання, сталий стаціонарний стан (система з певною періодичністю в просторі), періодичні за часом осциляції.
Докладний огляд сучасного стану кібернетичного моделювання біології розвитку наведено в [301].
Пошуки універсальної моделі.
Складність поведінки простих моделей і невичерпну різноманітність об'єктів, що моделюються наводять на думку про пошук якогось універсального класу моделей, які могли б відтворювати потрібний тип поведінки будь-якої системи.
Розглянемо, наприклад, систему рівнянь хімічної кінетики, що описує рідкісну ситуацію: досконально відомий механізм m-стадійний реакції (m - число елементарних актів), у якій бере участь п речовин. Алгоритм виписування динамічної системи за схемою реакції однозначно визначено [31]. У таких системах "хімічного типу" вдалося встановити існування досить складних режимів (наприклад, каталітичний тригер або каталітичний осцилятор). У той же час відомо, що далеко не всяку динамічну систему з поліноміальної правою частиною можна інтерпретувати як описує якусь гіпотетичну хімічну реакцію: деякі концентрації у випадку довільно заданої системи можуть ставати негативними.
Виникає питання: будь-яку чи динамічну систему з поліноміальної правою частиною можна промоделювати системою типу хімічної кінетики? Відповідь (позитивний) був отриманий М. Д. Корзухіним [18], який довів теорему про асимптотичної відтворюваності будь-якого режиму, здійсненного у системах з поліноміальної правою частиною, системами типу хімічної кінетики (можливо, з великим числом "резервуарних" змінних, концентрації яких в ході реакції вважаються незмінними).
Замість висновку. Ми навмисне не зупинилися в лекції ні на "універмазі моделей", ні на перерахування існуючих методів розв'язання рівнянь і задач певних типів, вважаючи, що і те і інше слухачі зуміють почерпнути з інших лекцій. Своє завдання ми бачили в тому, щоб, не впадаючи в зайвий педантизм, окреслити контури виникає нового напряму, звернути увагу на основні ідеї і поняття.
Свою лекцію ми б хотіли закінчити словами Л. І. Мандельштама: "У складній області нелінійних коливань ще в більшій мірі, ніж це вже має місце зараз, викристалізуються свої специфічні загальні поняття, положення і методи, які увійдуть в обіг фізика, стануть звичними і наочними, дозволять йому розбиратися в складній сукупності явищ і дадуть потужний евристичне зброю для нових досліджень.
Фізик, який цікавиться сучасними проблемами коливань, повинен, на мою думку, вже тепер брати участь у просуванні по цьому шляху. Він повинен оволодіти вже існуючими математичними методами і прийомами, що лежать в основі цих проблем, і навчитися їх застосовувати "[32].
ЛІТЕРАТУРА
1. Мандел'штам Л. І. Лекції з коливань. М.: Изд-во АН СРСР, 1955. 503 з.
2. Хакен Г. Синергетика. М.: Світ, 1980. Wi с.
3. Synergetics. А Workshop / Ed. by І. Hakell. 3rd їв. В. etc,, 1977. 277р.
4. Synergetics far from equilibrium / Ed. by A. Pacault, С. Vidal. В. etc,, 1978.
5. structural stability in physics / Ed. by W. Guttinger, H. Eikenmeier. В. etс., 1978.
6. Pattern formation by dynamic systems and pattern recognition / Ed. bv H. Haken B.etc. 1979. 305p.
7. Dynamic of synergetic systems / Ed. by H. Haken. В. etc., 1980. 271 p.
8. Choaos and order in nature / Ed. by H. Haken. B. etc. 1980. 271 p.
9. Словник no кібернетиці. Київ: Гол. ред. Укр. сов. енциклопедії., 1979. 621 с.
10. Улам С. Невирішені математичні завдання. М.: Наука, 1964. 161с.
11. Nonlinear partial differential equations. NY: Acad. divss, 1967, p. 223.
12. Миколу Г., Пригожин І. Самоорганізація в нерівноважних системах. М.: Світ, 1979. 512 с.
13. Гленсдорф П., Пригожин І. Термодинамічна теорія структури, стійкості і флуктуацій. М.: Світ, 1973. 280 с.
14. Гапонов-Гріхів А. В., Рабінович М. І. Л. І. Мандельштам і сучасна теорія нелінійних коливань і хвиль .- УФН, 1979, 128, № 4, с. 579-624.
15. Васильєв В.А., Романівської Ю. М., Яхт В. Г. автохвильовим процеси в розподілених кінетичних системах .- УФН, 1979, 128, № 4, с. 625-666.
16. Академік Л. І. Мандельштам: До 100-річчя з дня народження .- М.: Наука, 1979, с. 107.
17. Бурбакі Н. Архітектура математики .- В кн.: Математичне просвітництво. М.: Фіз-матгіз, 1959, вип. 5, с. 106-107.
18. Жаботинський А. М. Концентраційні автоколивання. М.: Наука, 1974. 178 с.
19. Язки Г. І. Подоба, автомодельності і промездуточная асимптотика. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 207 с.
20. Ебелінг В. Утворення структур при необоротних процесах. М.: Мир, 1979, с. 13-14.
21. Романовський Ю. М., Степанова Н. В., Чернавський Ц. С. Математичне моделювання в біології. М.: Наука, 1975. 343 с.
22. Turing А. М. The chemical basis of morphogenesis-Phil. Trans. Roy. Soc. London В, 1952, 237, p. 37-72.
23. Нейман Дж. фон. Теорія самовідтворюються автоматів. М.: Світ, 1971. 382 с.
24. Рабінович М. І. Стохастичні автоколивання та турбулентність .- УФК, 1978, 125, № 1, с. 123-168.
25. Mandelbrot В. В. Fractals. San Francisco: W. Н. Freeman and Co. , 1977. 365 p.
26. Хоффман У. Система аксіом математичної біології .- В кн.: Кібернетичний збірник. М.: Мир, 1975, вип. 12, с. 184-207.
27. Математичні проблеми в біології: Зб. статей. М.: Мир, 1962, с. 258.
28. Гарднер М. Математичні дозвілля. М.: Мир, 1972, с. 458.
29. Ейген М., Вінклер Р. Гра життя. М.: Наука, 1979, с. 53.
30. Алад'ев В. 3. Кібернетичному моделювання біології розвитку .- В кн.: Паралельна обробка інформації і паралельні алгоритми. Таллінн: Валгус, 1981, с.211-280.
31. Вольперт А. .0., Худяєв С. І. Аналіз в класі розривних функцій і рівняння математичної фізики. М.: Наука, 1975. 394 с.
32. Андронов А. А., Вітт А. А., Хайкін С. Е. Теорія коливань: Передмова до першого видання. М.: Физматгиз, 1959, с. 11-12.
СИНЕРГЕТИКА І ПРОБЛЕМИ УПРАВЛІННЯ В ТЕХНІЦІ,
ЕКОНОМІЦІ І СОЦІОЛОГІЇ
Науковий колектив кафедри систем автоматичного управління ТРТУ під керівництвом професора А. А. Колесникова проводить дослідження в області синергетичних систем управління. Розвинений принципово новий підхід до синтезу систем управління нелінійними багатозв'язними об'єктами, заснований на концепції введення притягують (інваріантних) різноманіть-атракторів.
На основі синергетичного підходу здійснено прорив у важкій проблемі синтезу систем управління широким класом нелінійних багатовимірних об'єктів, що дозволило вперше розробити загальну теорію і методи аналітичного конструювання систем скалярного, векторного, розривного, селективно-інваріантного, багатокритеріального та термінального управлінь нелінійними динамічними об'єктами різної фізичної природи, в тому числі і з урахуванням обмежень на координати і управління.
Теорія і методи синтезу синергетичних систем були використані для вирішення великих прикладних завдань управління, в тому числі:
- Вперше у світовій енергетиці вирішена відома своєю складністю проблема синтезу багатозв'язних систем узгодженого управління електромеханічними процесами в турбогенераторах, які принципово перевершують існуючі системи і володіють граничними властивостями;
- Розроблено новий метод синтезу систем векторного управління загальною класом маніпуляційних роботів за їх повним нелінійним моделям руху.
Аналогічні результати отримані також в задачах управління нелінійними електроприводами, рухомими об'єктами та ін
"Інформаційний джин", стрімко увірвавшись в сучасне суспільство, різко знизив "час напіврозпаду знань". Це безпосередньо стосується і сфери освіти і, звичайно, концепції її інформатизації.
З 1993 року пройшло трохи більше чотирьох років, а вже гостро відчувається необхідність актуалізації концепцій системної інтеграції інформаційних технологій у вищій школі (редакція 1993 року), інформатизації вищої освіти Російської Федерації (затверджений 28 вересня 1993 року) і розвинена мережі телекомунікацій у системі вищої освіти Російської Федерації (затверджена 31 березня 1994 року).
Робота щодо актуалізації цих концепцій виконана в Державному науково-дослідному інституті системної інтеграції спільно з вузами та іншими організаціями за дорученням Міністерства загальної та професійної освіти Російської Федерації. Розроблена єдина концепція інформатизації загальної професійної освіти. У цій публікації редакція цієї єдиної концепції наводиться у викладі.
1. Цілі, завдання та основні напрями інформатизації сфери освіти Росії. Сьогодні перед Росією стоїть проблема переосмислення національної господарської діяльності, а головне змін, які в ній можливі й мислимі. На весь простір нині існуючої економічної діяльності необхідно належним чином накласти простір ідей. Вирішення цієї проблеми по плечу тільки населенню, що має високий освітній рівень, який відповідає сучасним вимогам.
Суспільство об'єктивно живе в режимі розвитку, підпорядковується законам розвитку. Ідея розвитку - це ідея енергійна, перспективна, безпрограшна. Для Росії ця ідея сама по собі має перевагу, і вона мобілізує всі інші переваги, все ще наявні в країни, в тому числі потенціал освіти.
У Концепції інформатизації вищої освіти Російської Федерації (1993 р.) було оголошено, що стратегічна мета інформатизації освіти полягає в глобальній раціоналізації інтелектуальної діяльності за рахунок використання НІТ, радикальному підвищенні ефективності і якості підготовки фахівців до рівня, досягнутого в розвинених країнах, тобто підготовки кадрів з новим типом мислення, що відповідає вимогам постіндустріального суспільства.
У результаті досягнення цієї мети в суспільстві повинні бути забезпечені масова комп'ютерна грамотність і формування нової інформаційної культури мислення шляхом індивідуалізації освіти.
Ця мета інформатизації освіти за своєю суттю є довгостроковою і тому продовжує зберігати свою актуальність.
Глобальна мета інформатизації сфери освіти є багатофакторної, що включає в себе цілий ряд цілей і підцілей.
Сьогодні головна мета інформатизації полягає у підготовці учнів до повноцінної і ефективної участі в побутовій, суспільній і професійній областях життєдіяльності в умовах інформаційного суспільства. Крім головної мети шляхом інформатизації освіти необхідно забезпечити досягнення наступних підцілей:
підвищення якості освіти;
збільшення ступеня доступності освіти;
підвищення економічного потенціалу в країні за рахунок зростання освіченості населення (людський капітал);
інтеграція національної системи освіти у наукову, виробничу, соціально-громадську і культурну інформаційну інфраструктуру світового співтовариства.
Стратегічними завдання розвитку інформатизації освіти є наступні:
Підготовка кадрів, здатних здійснити рішення поставленої масштабної мети підвищення якості освіти з використанням перспективних інформаційних технологій.
Аналіз рівнів доцільного застосування інформаційних технологій для різних напрямів і рівнів підготовки фахівців. Наукове обгрунтування методології інформатизації загальної та професійної освіти.
Наукове обгрунтування методології інформатизації спеціалізованої освіти в галузі інформатики та обчислювальної техніки. Методологічні проблеми розробки та оптимального застосування нових інформаційних технологій у сфері освіти.
Розробка нових принципів і методів представлення, обробки даних і знань.
Розробка комп'ютерних навчальних систем.
Створення системи стандартизації інформаційних технологій, розробка методик сертифікації програмних і технічних освітніх засобів.
Розробка конструктивних підходів та організаційних форм створення товарного методичного комп'ютерного забезпечення освітнього процесу.
Створення єдиного телекомунікаційного мережевого простору сфери освіти.
Розвиток єдиної системи баз даних та інформаційних ресурсів у сфері освіти.
Забезпечення масового доступу до єдиної системи баз даних та інформаційних ресурсів сфери освіти Росії для всіх груп користувачів.
Впровадження інформаційних технологій в сферу освіти має сенс, якщо це дозволяє створити додаткові можливості та організаційно-технічні ресурси, а саме:
(1) доступ до великого обсягу навчальної інформації;
(2) образна наочна форма представлення досліджуваного матеріалу;
(3) підтримка активних методів навчання;
(4) модульний принцип побудови, що дозволяє тиражувати окремі складові частини інформаційної технології;
(5) підтримка інформаційної технології відповідним науково-методичним матеріалом.
Основними напрямами розвитку інформатизації національної системи освіти мають бути:
Інформатизація процесів навчання в загальному і професійну освіту.
Отримання учнями необхідного, визначеного державними освітніми стандартами рівня знань, умінь і навичок у сфері загальної та професійної "інформаційної культури".
Створення інформаційної інфраструктури сфери освіти.
Інформатизація процесів управління освітою.
Інформатизація наукових досліджень і розробок, які проводяться у національній системі освіти.
Оснащення сфери освіти сучасними інформаційно-обчислювальними засобами і телекомунікаційною технікою.
Створення та розвиток сучасної системи дистанційної освіти.
Для наукового обгрунтування методів і засобів проведення робіт з інформатизації сфери освіти повинні бути у випереджаючому порядку проведені дослідження за наступними напрямками:
1.Розробка методів моделювання і концептуального проектування процесів інформатизації освіти.
2.Содержание і методологія викладання знань, умінь і навичок з інформаційних технологій загального призначення (інформатика) від початкового до післявузівської освіти та забезпечення наступності у розвитку знань, умінь і навичок на всіх етапах безперервної освіти.
3.Аналіз та обгрунтування доцільності і пропорцій використання ІТ та традиційних методів у навчанні по всьому освітньому циклу від початкового до післявузівської.
4.Ісследованіе проблем забезпечення всіх видів безпеки учнів в умовах використання ІТ та комп'ютерної техніки.
5.Методологія створення автоматизованих систем навчання (АФО) та їх компонент (автоматизовані підручники, курси, практикуми тощо).
6.Аналіз і обгрунтування змісту і структури АСО в різних видах професійної освіти (гуманітарного, технічного та ін.)
7.Создание методик викладання в умовах застосування АСО.
8.Методологія контролю якості навчання з використанням ІТ по всьому освітньому циклу і під час професійної перепідготовки фахівців.
9.Аналіз і обгрунтування доцільного співвідношення професійного навчання в реальних і модельованих з використанням ІТ професійних середовищах.
10.Ісследованія в області перспективних базових ІТ - програмно-технічних, телекомунікаційних, мультимедійних і т.д.
Пo результатами виконання НДР по всіх наведених напрямками після авторитетної експертизи повинні вироблятися нормативні та / або рекомендаційні документи Міносвіти Росії.
2. Безперервність освіти як основна ідеологія його реформування, розвитку та інформатизації.
Для Росії сьогодні першочерговими є питання не про те, що буде з системою освіти через 50 років, хоча це теж дуже важливо, а про те, що необхідно зробити сьогодні, завтра, у найближчі роки, щоб вийти з кризового стану, стабілізувати обстановку в сфері освіти і направити його в русло загальносвітових тенденцій. Для розробки комплексу заходів, що гарантують досягнення цілей розвитку освіти в Росії необхідно:
Сформулювати філософію освіти і розвитку інформатизації освіти.
Сформулювати державну освітню політику й доктрину освіти.
Визначити стратегію, глобальні та локальні цілі освіти.
Сформулювати нову місію, роль і місце сфери освіти в сучасній Росії.
Винятково важливим є умова, відповідно до якого реформування сфери освіти та її інформатизація повинні в обов'язковому порядку йти одночасно і взаємозалежно, а не послідовно або паралельно. Перехід сфери освіти на якісно новий рівень без інформатизації просто неможливий. Центральним поняттям цього документа є поняття "освіти". При всій поширеності і, здавалося б, стійкості поняття "освіти" зміст, вкладений у нього, все ще вимагає серйозного наукового аналізу і обгрунтування. Можна виділити, щонайменше, чотири аспекти його змістовної трактування:
освіта як цінність;
освіта як система;
освіта як процес;
освіта як результат.
Зрозуміти та оцінити справжню сутність освіти як складного, багатопланового явища можна лише в єдності цих аспектних характеристик. При цьому не слід змішувати макросистемної характеристику освіти як цілісного соціального явища і його ж системну характеристику KBK сукупності взаємопов'язаних підсистем різних ланок загальної та професійної освіти - дошкільної, шкільної, середньої та вищої професійної, післявузівської і т.д. Серед найбільш прогресивних ідей людства кінця нинішнього сторіччя істотне місце займає ідея безперервної освіти. Її головний зміст - постійне творче оновлення, розвиток і вдосконалення кожної людини впродовж усього життя. Це тягне за собою і процвітання всього суспільства. Характерно, що поняття "безперервна освіта" вперше прозвучало в 1972 році, тобто практично одночасно із зародженням ринкової економіки. Саме ринкова економіка в силу надзвичайної рухливості своєї кон'юнктури змушує людей постійно вчитися і перевчатися - і у випадку зміни роботи або професії, і в разі, коли людина залишається на своєму робочому місці тривалий час - до цього його змушують постійні пошуки виробництва нових товарів або послуг, підвищення їх якості, здешевлення технологій в умовах найгострішої конкуренції. На новому етапі економічної реформи в Росії необхідно забезпечити системне реформування змісту освіти, створити механізм його постійного оновлення. При цьому основна мета полягає в переході до многообразному і безперервної освіти, який охоплює всю активну життя людини. Різноманіття і безперервність повинні виступати не тільки як перспективні тенденції, але і як умови досягнення нової якості освіти. Побудова системи безперервної освіти - проблема надзвичайно складна. Створення її вимагатиме в перспективі докорінної перебудови всього змісту освіти, починаючи з дитячого саду, переналагодження організаційних основ освіти і т.д. Сьогодні Росія перебуває на самому початку цього шляху. На цьому етапі основними суперечностями, мабуть, є суперечності, зумовлені корпоративної, відомчої роз'єднаністю освітніх структур, їх замкнутістю і самоізоляцією в багатьох аспектах їх діяльності: змістовної, організаційної, кадрової і т.д. Перехід до безперервної освіти повинен подолати орієнтацію традиційних освітніх процесів на поверхневу "енциклопедичність" змісту, перевантаженість інформаційним і фактологічним матеріалом, не пов'язаним із запитами учнів або потребами суспільства. Має бути переорієнтувати навчально-виховний процес з відтворення тільки зразків минулого досвіду людства на освоєння способів перетворення дійсності, оволодіння засобами і методами самоосвіти, умінням вчитися. Освіта повинна бути звернена до майбутнього, до тих проблемних ситуацій, вирішення яких передбачає використання наукових знань як засіб практичної діяльності. Така постановка цілей загальної освіти, природно, повинна вивести на провідне місце трудову підготовку школярів. Аналогічно - професійні навчальні заклади всіх рівнів повинні бути переорієнтовані - від навчання студентів яких-небудь конкретних професій "на все життя" до надання їм, у першу чергу, широкого базової професійної освіти. Наведені нижче принципи розвитку неперервної професійної освіти розділені по підставі пари категорій діалектики "зміст-форма". Причому, змістовний аспект, у свою чергу, ділиться на два: склад підсистеми "зміст" та її структурні зв'язки. Доцільно виділити три принципи побудови складу "змісту", що відповідають різним векторам руху людини в освітньому просторі неперервної освіти:
(1) Принцип багаторівневості професійних освітніх програм передбачає наявність багатьох рівнів і ситуацій базової професійної освіти (вектор руху вгору).
(2) Принцип додатковості (взаємодоповнюючі) базового і післядипломної професійної освіти. Цей принцип відноситься до "вектору руху вперед" людини в професійному освітньому просторі.
(3) Принцип маневреності професійних освітніх програм належить до вектора руху людини в професійному освітньому просторі - "по горизонталі".
Іншим напрямком реалізації є розгляд неперервної професійної освіти як системи освітніх процесів (освітніх програм), спрямованих на забезпечення становлення та подальшого розвитку професіоналізму спеціалістів відповідно до їх особистісними потребами та соціально-економічними вимогами суспільства.
3. Концептуальні засади розвитку інформатизації сфери освіти
Нинішню ситуацію в світі інформаційних технологій можна порівняти зі становищем, що створилося незабаром після винаходу друкарського верстата. Верстат винайдений і тепер все залежить від того, хто і які книги буде друкувати. У порівнянні з цим проблеми вдосконалення поліграфії виявляються вторинними. Лімітуючим фактором у сучасних ІТ є не кошти обчислювальної техніки, а кадри, здатні ставити змістовні завдання і знаходити нові галузі ефективного застосування і використання комп'ютерів. Успіхи нашої країни в осяжному майбутньому, її можливості вибрати і реалізувати оптимальну історичну траєкторію багато в чому пов'язані з розвитком інформаційної сфери. Останнє, в першу чергу, залежить від кваліфікації кадрів, яка у вирішальній мірі визначається системою освіти. У Концепції інформатизації вищої освіти Російської Федерації (затверджений 28 вересня 1993 р.) був висунутий, виходячи із загальних уявлень синергетики, принцип "острівної" інформатизації. Відповідно до нього "фазовий перехід" системи освіти до нових інформаційних технологій повинен був початися з допомогою кількох "центрів кристалізації" в окремих регіональних структурах. Останні грали роль флагманів, на досвіді та помилках яких можуть вчитися інші, в які повинні бути вкладені кошти. Життя повністю підтвердила позитивну роль принципу "острівної" інформатизації. Виживання частини російських ВНЗ в чому обумовлено необхідністю і гетерохронностью процесів, що розгортаються в освітньому просторі Росії.
Оскільки принцип "острівної" інформатизації все ще зберігає свою актуальність для цілого ряду освітніх установ у багатьох регіонах, корисно повторити, що практично цей принцип означає наступне:
а) виділення і / чи створення в системі освіти ключових opгaнізаціонних, навчальних, соціальних та управлінських підструктур, що допускають інтегральну інформатизацію та здатних служити "островами", починаючи з яких може почати розгортатися процес глобальної інформатизації освіти;
б) проведення і забезпечення в цих подструктурах процесу системної інтеграції інформаційних технологій, що включає одночасно, як адаптацію інформатізіруемих навчальних курсів і структур до сучасних ІТ і адаптацію вже існуючих освітніх технологій до вимог, які висуваються цими структурами, так і одночасне створення взаємно сумісних нових організаційних структур і нових інформаційних технологій;
в) створення та підтримку умов, що забезпечують pacпрocтpaнeніe процесу розробки і використання інформаційних технологій у системі освіти з цих "островів" інформатизації на систему освіти в цілому. При цьому пропонована "острівна" методологія повинна і далі враховувати і допускати існування, розвиток і конкуренцію різних інформаційних технологій. З системних позицій необхідно забезпечити існування, взаємозв'язок і взаємовплив популяції інформаційних технологій в освіті, науці, промисловості, екологічних структурах тощо, в тому числі і різко відрізняються від "острівних" інформаційних технологій. Недооцінка цього призводить, як це вже неодноразово мало місце, до насильницького директивному впровадження НІТ у невластиву їм середовище різних за своїм характером освітніх установ, де вони можуть бути відірвані, і в результаті - до відриву існуючих освітніх технологій від динаміки процесу інформатизації сфери освіти та суспільства в цілому. Тому "острівна" методологія повинна використовувати різні методи збалансованої фінансової та спеціальної підтримки і конкуренції pазноpодних інформаційних технологій в освітньому процесі. Концептуальними засадами, що забезпечують реалізацію процесу інформатизації сфери освіти є такі. Принцип системності. Зміни сучасного світу пов'язані не тільки змінами в технологіях, культурі, ідеології, в способі життя, а й зі зміною системних властивостей нашого світу - ускладненням, появою нових суб'єктів і рівнів управління, нових механізмів і пpічінно-наслідкових зв'язків. Тому відповідь на цей виклик сучасності повинен бути пов'язаний не з окремими нехай навіть дуже корисними заходами, а зі зміною системних властивостей об'єктів інформатизації. Таким чином, мета процесу інформатизації освіти Росії - це зміна системних властивостей сфери освіти і, в першу чергу, вищої школи, з метою підвищення її сприйнятливості до інновацій, надання можливостей активного цілеспрямованого використання світової інформаційної магістралі, нових можливостей впливати на свою освітню наукову, професійну тpаектоpии, а з ними і на історичну тpаектоpии Росії. Принцип інваріантності. В даний час широко обговорюються різні концепції подальшого pефоpміpованія сфери освіти нашої країни. Вони відображають різні політичні курси, різне ставлення до пpеобpазованиям економічної та соціальної системи, уявлення про ідеали і цілі розвитку. Пpедлагал Концепція є незалежною, інваpіантной щодо виборами того чи іншого ваpиантах pефоpм системи освіти, якому є у великій мірі вибір, пpежде все, в політичних, економічних та управлінських сфеpах.
Принцип "точки прогинатися під власною вагою". Аpхімед утвеpждал, що якщо йому дати точку прогинатися під власною вагою, то він пеpевеpнет Земний шаp. У pоссійской сфеpе освіти такою точкою прогинатися під власною вагою, ключем до розв'язку багатьох пpоблем, сьогодні є інфоpматізація, якому полегшує pешение багатьох пpоблем, що нагромадилися в обpазовательних учpежденіях і в оpганах управління ними.
Інфоpматізація - не мода, не компанія і не одна з багатьох тимчасових соціальних пpогpамм. Вона - інфpастpуктуpа, несуча конструкція, точка прогинатися під власною вагою, на якій можна будувати самі різні освітні, наукові, соціальні проекти. Принцип "критичної маси". Сфера освіти і, в першу чергу, вища школа є відкритою нелінійної системою, здатної до парадоксального "антіінтуітівному" поведінки. При цьому "очевидні" і "природні" рішення можуть призводити до протилежних від очікуваних результатів. Наприклад, рішення зробити все "по справедливості" і роздати всім порівну в більшості випадків в нинішній російській системі освіти є неефективним і неприйнятним. Виходячи з цього, справжню Концепцію не слід розглядати як виконане "домашнє завдання", де відмінну оцінку забезпечує правильне і добре записане вирішення всіх завдань. Тут більш доречна метафора "степовий реакції". Якщо "критична маса" не досягнуто, то позитивні зворотні зв'язки не починають працювати на повну силу. Якщо досягнуто, то виникає якісно новий режим процесу інформатизації. Мета цієї Концепції - вказати заходи і проекти, що ведуть до досягнення "критичної маси" і створення необхідних умов отримання "ланцюгової реакції". Принцип самовідтворення. Інформатизація пов'язана з народженням нового світу, з новими індивідуальними, соціальними, науковими технологіями, з новими алгоритмами розвитку цивілізації. Інформатизація одночасно є і наслідком цих глибинних процесів, та їх необхідною умовою. При цьому схема самовідтворення виглядає наступним чином. Педагогічні ВНЗ готують вчителів для загальноосвітньої школи. Педагоги шкіл готують своїх випускників для вступу до ВУЗів. Вища школа готує фахівців з інформатики, дає знання, що відповідають певному рівню інформаційної культури. Фахівці з інформатики створюють нові інформаційні технології і проекти, розвивають інформатику як науку. Досягнутий рівень інформатики та інформаційної культури педагогічні ВНЗ використовують для підготовки вчителів для загальноосвітніх шкіл і так далі ...
4. Системна інтеграція інформаційних технологій у сфері освіти. У традиційному розумінні, освіта - це, безсумнівно, система. Система освітніх (державних і недержавних) установ, що розрізняються по самих різних параметрах, але, перш за все, по рівню та профілю. Але таке вертикально-горизонтальне різноманіття освітніх установ саме по собі не може служити підставою для надання освіті статусу системи. Як відомо, система - це не просто безліч об'єктів, а їх взаємопов'язане безліч. Саме в цьому випадку система набуває інтегративні, нові якості, не виведені безпосередньо з якостей входять в систему компонентів і які не є простий механічною сумою якостей частин, що утворюють систему. Без загальної ідеології та методології отримання, обробки, узагальнення та використання добутої приватними науками освітніх інформаційних ресурсів, без з'ясування їх загального світоглядного підстави неможлива цілеспрямована діяльність з інтеграції викладаються у сфері освіти знань. У Концепції системної інтеграції інформаційних технологій у вищій школі (редакція 1993 року) були викладені вихідні положення системної інтеграції при інформатизації вищої освіти та запропоновано синергетичний підхід до побудови механізму підтримки процесів системної інтеграції. За останні 2-3 роки ці положення не тільки не втратили своєї важливості, а придбали ще більшої актуальності. Саме тому системна інтеграція та синергетичний підхід залишаються смисловим ядром формулювання концепції інформатизації сфери освіти. Нижче наводяться основні положення цього ядра. Засобом досягнення мети і вирішення завдань інформатизації сфери освіти є системна інтеграція інформаційних технологій в різних предметних галузях освіти, в яких реалізуються ІТ. У цієї Концепції і в попередніх під інтеграцією або, більш точно, під системною інтеграцією, розуміється цілеспрямоване об'єднання існуючих та / або запропоновано інформаційних проектів (технологій, систем, підсистем, компонент, ресурсів або потоків) у цілісну систему, що реалізовує задану функцію і задовольняє передбаченим вимогам. Одночасно, під інтеграцією слід розуміти також власне процес такого об'єднання інформаційних об'єктів. Таким чином, системна інтеграція розуміється і як засіб, і як процес. Стосовно до сфери освіти системна інтеграція являє собою також узагальнення методів і засобів, використовуваних в автоматизованих інформаційних системах з метою створення навчальних технологій, що забезпечують розширення кола вирішуваних завдань при зменшенні кількості типів технічних і програмних засобів інформаційно-обчислювальної техніки. Питання полягає в тому, чи можливо просте з'єднання інформаційних технологій і систем різних рівнів або вони відображають абсолютно різні типи логіки і, отже, мова йде про доцільність, можливість або неможливість системної інтеграції згаданих вище інформаційних систем, проектів і технологій.
З урахуванням сказаного вище, основна думка забезпечення системної інтеграції інформаційних технологій в освіті полягає в тому, щоб один інформаційний метод супроводжував користувача як учня з дошкільного віку до досягнення нею професійного рівня і далі. Протягом усіх років навчання слід як би "жити" в єдиній інформаційно-освітньому середовищі, а не "стрибати" з одного ступеня на інший, від одного підходу до іншого. "Єдина середовище" навчання повинна інтегрувати в собі традиційні і нові інформаційні технології, в тому числі з'являються знову в результаті технічного прогресу і розвитку засобів інформатики. Програмний метод навчання, який реалізує таку інформаційну середовище (технологію), повинен бути, перш за все, інструментом. Метою реалізації системної інтеграції як засобу є створення успішно інтегруються інформаційних технологій в соціально-психологічному середовищі освіти, а не тільки в програмно-машинному комплексі. Останній є всього лише елементом зазначеної середовища навчання. Для поліпшення процесу цілепокладання при розробці інформаційних технологій і процесів пропонується понятійно диференціювати складові елементи системної інтеграції наступним чином.
Методно-конфігураційна інтеграція - побудова конфігурацій (сукупностей) методів (видів забезпечення інтеграції) за заданими параметрами для реалізації необхідних функцій, засноване на виборі з вже існуючих методів, або проектування нових методів з подальшим створенням цілісної структури цих конфігурацій.
Процедурно-технологічна інтеграція - створення цілісної системи організаційно-технічних процедур вирішення комплексу завдань.
Комплекснозадачная інтеграція - створення з наявної номенклатури завдань цілісної структури комплексу або ансамблю завдань.
Функціонально-конфігураційна інтеграція - декомпозиція частині цільових функцій з подальшою комплекснозадачной інтеграцією.
Системна інтеграція - створення повної структури цільових функцій, оптимальна декомпозиція та подальша функціонально-конфігураційна інтеграція.
Процес системної інтеграції інформаційних технологій у сфері освіти реалізується шляхом використання такого сценарію, у якому оперують відповідними поняттями. Сукупність взаємодіючих між собою технічних та програмними елементів, що виконують деяку функцію освітньої інформаційної технології, визначається як програмно-технічна конфігурація. Елементами такої конфігурації (конфігураційні елементи) можуть бути будь-які технічні пристрої. А також програми і програмні комплекси. Відомо, що конфігураційний елемент може працювати в декількох режимах. При цьому його характеристики в різних режимах можуть відрізнятися один від одного. Таким чином, хоча конфігураційний елемент як об'єкт представляє єдине ціле, його самого можна розглядати як сукупність якихось елементів, що розрізняються між собою. Прийнято їх вважати віртуальними елементами. Тобто, віртуальним елементом є конфігураційний елемент, що працює в певному режимі. Природно, вбудований в конкретну систему конфігураційний елемент може функціонувати в одному "віртуальному" режимі або переключатися між різними режимами. Вище було зазначено, що конфігураційні елементи можуть бути двох типів, а саме технічні елементи, тобто всі технічні пристрої, і програмні елементи, це всі програми, які встановлені в конфігурації. Оскільки технічні і програмні елементи конфігурації взаємодіють один з одним, її працездатність і ефективність безпосередньо залежить від взаємодіючих елементів. У нормально функціонуючої конфігурації, що безпосередньо взаємодіють елементи повинні бути сумісні. При цьому елементи знаходяться і у відношенні взаимообуславливающих функціонування, тобто функціонування одних технічних і програмних елементів робить можливим функціонування інших технічних і програмних елементів. У свою чергу, якщо останні не функціонують, то не можуть функціонувати і перші.
Структура функцій "системного інтегратора", фізичної або юридичної особи, що здійснює власне системну інтеграцію інформаційних технологій, визначається відповідним алгоритмом.
Системний інтегратор - особа або організаційно-технологічна одиниця, що здійснює в якості основної діяльності проектування (розробку), створення, впровадження і подальший супровід інтегрованих інформаційних технологій і систем. Місце проектної діяльності в загальній діяльності системного інтегратора визначається, виходячи з наступної структуризації: Надпроектная діяльність системного інтегратора, полягає в моніторингу його системного оточення, зборі, аналізі та закріпленні наявного досвіду в області системної інтеграції та суміжних з нею галузях, моніторинг потенційних користувачів, можливих партнерів з системної інтеграції, розробки типових проектів, ведення класифікатора і банку базових конфігурацій програмно-технічних комплексів.
1. Проектна діяльність спрямована на розробку і впровадження інтегрованих інформаційних технологій і систем.
2. Проектна діяльність системного інтегратора може протікати в одному з режимів: монопроектном і мультипроектного. При монопроектном режимі функціонування системний інтегратор розробляє і створює проекти системної інтеграції послідовно. При мультипроектного режимі робота ведеться над кількома проектами одночасно з узгодженням розподілу ресурсів між проектами з урахуванням робочих мережевих графіків.
3. Супровід інтегрованих систем - діяльність системного інтегратора з підтримки безперебійного функціонування встановлених ним інтегрованих інформаційних технологій і систем, їх розвитку та адаптації до нових умов.
4. Діяльність з реалізації автономних компонент інтегрованих систем полягає у виділенні з розроблюваних інтегрованих систем програмно-технічних одиниць і комплексів для їх подальшого комерційного використання-тиражування з метою отримання додаткових фінансових ресурсів для стимулювання і розвитку діяльності системного інтегратора.
5. Діяльність з управління та підтримання функціонування системного інтегратора необхідна для уникнення процесів порушення його науково-виробничої діяльності, до складу якої входить моніторинг, вироблення, прийняття та реалізація відповідних керуючих впливів. З метою використання сучасних методів для забезпечення власне процесу інтеграції ІТ до складу ядра формулювання Концепції інформатизації сфери освіти одночасно з системною інтеграцією входить і синергетичний підхід.
5. Синергетичний підхід до розвитку інформатизації сфери освіти За останнє десятиліття експансія синергетики охопила не тільки різні галузі науки, а й проникла у сфери людської діяльності, що носять суто прикладний характер. Як наслідок цього процесу зростає кількість словосполучень, що використовують цей термін в найнесподіваніших контекстах. Так, наприклад, з'явився термін "синергетичні початку утворення". Синергетика дає загальні орієнтири для наукового пошуку, для прогнозування та моделювання процесів в складних соціальних системах. Яскравим представником таких систем є сфера освіти.
При цьому можливість прогнозування з'являється, виходячи з принципів:
(1) "з цілей" процесів;
(2) "oт цілого", виходячи із загальних тенденцій розгортання процесів в цілісних системах (середовищах);
(3) з ідеалу, бажаного людиною і погодженого з власними тенденціями розвитку процесу в середовищах.
Метою розвитку системної інтеграції інформаційних технологій в освіті є підвищення ефективності системи за рахунок отримання синергетичного ефекту.
Синергетичний ефект - це ефект взаємозв'язку і взаємодії, не адитивний по відношенню до ефектів. Тут синергетичний підхід припускає, що процеси інтеграції досліджуються шляхом породжуваного ними синергетичного ефекту. Синергетика покликана грати роль свого роду метанауки, помічає і вивчає загальний характер тих закономірностей і залежностей, які приватні науки вважали "своїми". Таким чином, синергетика - це наукова дисципліна, яка розглядає закономірності процесів системної інтеграції і самоорганізації в різних системах. На відміну від системного підходу, де основна увага акцентується на язях частин у цілому, синергетика досліджує причини появи і динаміку цілісних властивостей системи. У системному підході аналіз ведеться, як правило, на якісному рівні. Синергетика вивчає кількісні відносини і параметри. Синергетика займається дослідженням систем, що складаються з великого (дуже великого, величезного) кількості частин, компонент або підсистем, іншими словами, деталей, складним чином взаємодіють між собою. Слово "синергетика" і означає "спільна дія", підкреслюючи узгодженість функціонування частин, що відбиваються в поведінці системи як цілого. Тобто пропонуються базові моделі, нові поняття і методи, які можуть бути застосовані в даній ситуації, які можуть стати основою побудови нової нелінійної пізнавальної парадигми, а можуть залишитися знахідками в різних дисциплінах.
Величезну роль, ймовірно до цих пір не цілком усвідомлену, в пізнанні складних закономірностей розвитку сучасного світу зіграли комп'ютери, що дозволили досліджувати безліч нелінійних математичних моделей, що описують нашу peaльность виникла позитивний зворотний зв'язок. Результати комп'ютерного аналізу приводять до народження нових теорій, понять моделей. Вивчення цих моделей за допомогою ЕОМ призводить до народження теорій і моделей нового покоління. Одним із принципових результатів цієї "гонки", що захопила чималу частину наукового співтовариства, стала концепція самоорганізації та саморозвитку. Нова концепція самоорганізації, висунута синергетикою, відрізняється від попередніх, що розроблялися раніше в рамках кібернетики і системотехніки, тим, що основна увага вона звертає на розкриття конкретних механізмів взаємодії компонентів, що призводить до їх упорядкування та утворення стійких структур. Синергетика як модель самоорганізації нeceт нові можливості стратегій і стилістики мислення, що дають нетрадиційні підходи до багатьох проблем. У синергетики ставиться більш загальна і широка проблема вивчення виникнення самої самоорганізації так, як вона відбувається в природних, природних процесах. Спочатку об'єкти ведуть себе абсолютно незалежно і в русі не спостерігається ніякої взаємної впорядкованості. Таке первісний стан нерідко характеризують поняттям "хаос" і "безладдя". Потім при деяких критичних значеннях надходить ззовні енергії або інформації виникає взаємодія між об'єктами і вони починають брати участь узгодженому, колективному русі. Безлад змінюється порядком, їх хаосу виникає певна стійка структура, тобто встановлюється постійний взаємозв'язок між компонентами, які з колишніх автономних об'єктів перетворюються на елементи деякої впорядкованої системи. Властивість нестійкості систем, яке ще два десятки років тому вважалося великим пороком моделі, сьогодні виступає в дещо іншому світлі. Доводиться уточнювати в якому сенсі система нестійка, щодо яких збурень, на яких часових відрізках. Синергетика на ряді конкретних прикладів показала, що для складних систем існують малі, але дуже ефективні організують та управляючі. Зокрема в останні роки з'явився новий розділ нелінійної науки - управління хаосом. У фірмі IBM близький підхід в додатку до організаційних систем формулюється як принцип; "Контрольована анархія кік система управління". Почасти це пов'язано з необхідністю децентралізованого або "дворівневого управління" (хаос, конкуренція на рівні малих фірм і: ефективне стратегічне планування на рівні транснаціональних корпорацій). Це, у свою чергу, пов'язано з необхідністю обробки великих інформаційних потоків в "режимі реального часу".
Твердження й положення, наведені вище, є фактично концепцією в концепції, тобто концепція самоорганізації - основна думка реалізації пpoцecca інформатизації сфери освіти. Цивілізація стоїть на порозі інформаційного майбутнього. "Віртуальна реальність" із засобами масової інформації, електронною поштою, глобальними комп'ютерними мережами вже істотно змінили світ. Моделювання, імітація, комп'ютерні ігри та підручники, засоби представлення інформації вийшли на перший план. Але це саме ті кошти, якими першою почала користуватися синергетика.
Нижче наводяться приклади можливих підходів до вирішення методами синергетики ряду сучасних прикладних задач, які мають безпосереднє відношення до інформатизації сфери освіти. Більш того, тільки наука вищої школи сьогодні в стані забезпечити практичне вирішення таких завдань і застосування їх в реальному житті, в тому числі, в першу чергу, в галузі підготовки відповідних фахівців. У безлічі ситуацій стало прийнятим скаржитися на брак інформації, необхідної для конкретного аналізу, прийняття відповідальних рішень і так далі. У той же час синергетика часто стикається з прямо протилежною ситуацією. Не ясно, наприклад, що робити з уже зібраною інформацією, що слід виділити і уточнити, а що "забути". Типові приклади наводять дані, що надходять з штучних супутників Землі (ШСЗ), з сейсмічних станцій, метеорологічні та океанографічні спостереження. Величезні масиви інформації в цих важливих сферах дуже часто не поліпшують розуміння досліджуваних процесів, не дають можливостей для їх прогнозу. Іншими словами, упорядкування інформації, виділення в ній "параметрів порядку", аналіз питань, які можна задати, маючи в своєму розпорядженні цією інформацією, виходять на перший план у багатьох додатках синергетики. Синергетика пропонує методи вирішення цих проблем. Замість великого числа факторів, від яких залежить стан системи (так званих компонент вектора стану), розглядаються нечисленні параметри порядку, від яких залежать компоненти вектора стану системи і які, в свою чергу, впливають на параметри порядку. У переході від компонент вектора стану до нечисленних параметрами порядку полягає сенс одного з основоположних принципів синергетики - так званого принципу підпорядкування (компонент вектора стану параметрами порядку). Зворотна залежність параметрів порядку від компонент вектора стану призводить до виникнення того, що прийнято називати кругової причинністю. Парадокс відповідності. Це ще один напрямок синергетики, яка є дуже важливою. Воно народилося з наступної проблеми. Тих, хто вперше знайомиться з інформатикою, зазвичай вражає невідповідність між величезною кількістю інформації, що міститься в кольоровому зображенні об'єкта і незначним обсягом, який відведений для нього в головному мозку. Висновок з цієї невідповідності простий: інформація в мозку обробляється і зберігається зовсім не так, як в комп'ютері. Ймовірно, мозок виділяє щось найбільш важливе в кожному зображенні, сцені, подію, з чим і має справу надалі. При такому підході головною проблемою стає навчити ЕОМ "виділяти" необхідне і "забувати" непотрібне. Важко і неможливо переоцінити важливість вирішення цієї проблеми. Одна з принципових завдань синергетики - навчити користувачів вмінню зберігати переробляти, передавати й аналізувати великі і навіть величезні інформаційні потоки. Обсяги наукової, економічної, статистичної та іншої інформації настільки великі, що виникла диспропорція між швидкістю отримання і передачі інформації та можливостями її обробки, яку необхідно подолати. Традиційно обробка масивів інформації відбувається лінійно - обробляється, запам'ятовується, передається і так далі. У синергетики це відбувається інакше. Тут відбувається як паралельна, так і послідовна обробка інформації. За рахунок запаралелювання процесів відбувається підвищення надійності та збільшення швидкості обробки інформації. У традиційному підході опис системи строго децентралізовано. У синергетичному підході і детермінізм, і випадковість в певному сенсі зрівнюються у своїх правах. У традиційному підході всі процеси виходять на якийсь стійкий режим, а синергетика акцентує свою увагу в областях втрати стійкості - близько нестійких точок - околицях фазових переходів. Це її специфічна риса.
СИНЕРГЕТИКА І ІНТЕРНЕТ?
Це питання далеко не тривіальний. По крайней мере, не має відповіді стосовно ролі ІНТЕРНЕТ в отриманні сучасної освіти. Цілком очевидно, що ІНТЕРНЕТ вже сьогодні може бути областю вивчення його фахівцями з різних галузей знань - програмістів, системників, методологів, викладачів, учнів, психологів, математиків, лінгвістів, філологів, філософів. Однак, така пильна увага з боку представників самих різних наукових професій зовсім не гарантує створення та / або усвідомлення якої-то цілісної картини, загального підходу до розуміння проблем глобальної комп'ютерної мережі. У результаті народжується проблемне поле міждисциплінарного дослідження, вбирає в себе різні підходи, мови опису, моделі і теорії шляхом використання прийомів синергетики. Користувач ІНТЕРНЕТ, приміром, може побачити за допомогою деякої комп'ютерної програми, сервер свого провайдера, сторінки необхідних ресурсів, сервери новин. Можна також дізнатися статистику зростання числа серверів, статистику звернень до своєї сторінки, маршрути своїх запитів. Однак побачити ІНТЕРНЕТ "взагалі" не може, так в цій якості ІНТЕРНЕТ річ емпірично невидимим, вже хоча б тому, що користувач завжди включений в ІНТЕРНЕТ - тобто він завжди "всередині" мережі, мережа завжди його середовище. Тому залишається або пускатися у філософські спекуляції ("спекуляція" від латинського слова speculate - означає спостереження очима розуму, умогляд, умопобудови), або вирішувати свої конкретні життєві проблеми, відмовившись від спроб знайти відповідь на це питання. При цьому слід припускати, що роздуми з приводу того, "що таке ІНТЕРНЕТ" можуть бути вельми плідними, не тільки в суто теоретичному, але і в практичному аспекті. У всякому разі, мислити на цю тему, швидше за все корисніше, ніж не мислити. Для осмислення цих проблем пропонується методологія (умовно названа АДТ-методологія), що використовує методологічні проблеми і принципи теоретизації двох підходів - синергетики і квантової механіки. Така методологія - це скоріше філософія, тобто загальний, принципово незавершений підхід, ідея оцінки фактів, метатеорія, що дозволяє підбирати і добудовувати конкретні теорії з тим, щоб говорити про змістовні моделях, математичному апараті, критерії раціональності, способах верифікації даних. З точки зору АДТ-методології, ІНТЕРНЕТ - це складна, самоорганізована самореферентной комунікативна система, що володіє емерджентним (раптово з'являються, несподіваними) властивостями, для опису якої необхідно враховувати теоретичні принципи квантової механіки спостережливості і додатковості, а також синергетичні принципи підпорядкування та кругової причинності. Це висловлювання не є визначення - в силу того, що його центральні поняття тут точно не задані. Це тільки відправна точка, поштовх для відповідних дискусій про реалії, які слід спробувати зрозуміти за допомогою пропонованого тут підходу і погляду. Запропонований вище текст не має на увазі викладу суворих прищепив того, як можна пізнати ІНТЕРНЕТ за допомогою пропонованих до обговорення методів та підходів. Таке виклад суперечило б суті розглянутого проекту: якби ці правила сформульовані "ясно і чітко", вони відразу поставили б під сумнів саму можливість такого пізнання, що розуміється як колективний інтерсуб'ектівний процес комунікативної самоорганізації. Основна мета цього тексту (вище див. абзац курсивом) полягає в тому, щоб звернути увагу на фундаментальне значення "принципу приготування" синергетичної системи з тим, щоб очікуваний ефект самоорганізації був нею, хоча б частково, реалізований. "Синергетична система" тут розуміється в широкому сенсі, включаючи системи зовнішнього і внутрішнього надано знань образів, понять та ідей. Найцікавіше додаток синергетики, з точки зору цієї концепції, реалізується в даний час в науках про головний мозок і комплекс наук, званих когнітивними. Це теорія розпізнання образів, навчання комунікації та паралельних самоорганізованих обчислень. З цих позицій виявляється можливим по-новому поглянути на процеси мислення, сприйняття знань, мови, листи - як на процеси, що відбуваються і "всередині" людського мозку і "зовні", в просторі комунікації, синергетичного взаємодії головного мозку - з усіма очевидними і неочевидними опосередкування. Такий контекст найбільш адекватний для подальшого розгляду проблем самоорганізації глобальної комп'ютерної мережі. З цієї точки зору центральною проблемою пізнання ІНТЕРНЕТ є проблема пізнання нових форм діалогу та комунікації. В якості ще однієї теоретичної фіксації необхідно відзначити, що B складноорганізованих системах (системах, інтуїтивно експонованих складаються з дуже великого числа елементів і їх зв'язків, системах відкритих, мінливих) процеси комунікації принципово відмінні від процесів в системах з малою кількістю елементів, вимагаючи іншого понятійного та методологічного апарату. Таких понять як інформація, обмін інформацією, зберігання інформації вже недостатньо для пояснення процесів, що відбуваються в складній системі. У якомусь сенсі, міркування про те, що мережа служить для зберігання і обробки інформації, схожі на міркування про те, що океан "потрібен" для зберігання і обробки води. Це до певної міри не зовсім так. У випадку з океаном можуть бути і більш важливі трактування. Є підстави припускати, що "океан" ІНТЕРНЕТ нічому не служить, що "океан" існує вже "сам по собі" - зі своїми бурями, течіями і штилями. З урахуванням такого припущення, можна висловити точку зору, що центральним поняттям Щоб пояснення процесів, що відбуваються в мережі є поняття самоорганізації комунікативного процесу. А саме, самоорганізації - як "тонкої", сложноорганізованной структури узгодженості комунікацій, когерентного взаємодії, яка не є наслідком якогось смислового, целеполагающего управлінського впливу. Принаймні, цілком коректною може бути пропозиція про здатність або можливість такої складної самоорганізації.
Таким чином, синергетичне опис глобальної мережі мають на увазі наявність, як мінімум, двох рівнів розгляду - макрорівня, рівня глобальної організації системи, і мікрорівня, рівня взаємодій виділеного елемента (користувача, сервера). Найважливішою якістю синергетичних систем є можливість появи нових якостей на макрорівні, які відсутні, якщо розглядати тільки деталі. Таким чином набирається цілий ряд такого роду особливостей, пов'язаних з інформатикою, які не досліджуються у фокусі інших підходів, окрім синергетики.
Висновок
Нові інформаційні технології стрімко розвиваються. Ми є свідками розробки декількох поколінь дедалі більш потужного і менш дорогого освітнього обладнання та програмного забезпечення. Ми також спостерігаємо швидке і багато в чому непередбачене розвиток глобальних мереж. Щорічно продовжують наростати темпи розвитку НІТ. У наявності загальна тенденція до впровадження ІТ для кращого задоволення індивідуальних потреб користувачів. У перспективі розвитку освіти ця тенденція проявляється у використанні НІТ для сприяння дедалі більшої індивідуалізації і диференціації, а також контролю з боку користувачів (учнів і викладачів). Однак ця тенденція повинна знаходити своє втілення в такому педагогічному підході, який зосереджений на активізації діяльності основних учасників навчального процесу (учнів і викладачів) і на обліку в рамках навчальної програми гігантського спектру можливостей по збору інформації і по комунікації зі своїми колегами за допомогою використання телематики. Расширяющееся застосування електронних технологій в області утворено веде до того, що все більше уваги приділяється найбільш доцільним шляхом оцінки впливу НІТ на навчання. Поряд з подальшим використанням традиційних методів і критеріїв оцінки розробляються нові моделі та методики для кращого розуміння ефективності нових технологій та умов з точки зору пізнавальної діяльності. Представляється очевидним, що хід розвитку НІТ надає і надаватиме сильний вплив не тільки на освіту, а й на соціальний, економічний та культурний розвиток країни в цілому.
Список використаної літератури
1. Інформатизація освіти Росії: мережі, інформаційні ресурси, технології (аналітична доповідь). М., Інститут ЮНЕСКО з інформаційних технологій в освіті (ІІТО), 1997, 52 с.
2. Концепція системної інтеграції інформаційних технологій у вищій школе.М., 1993, 72 с.
3. Концепція інформатизації вищої освіти Російської Федерації (затверджений 28 вересня 1993 р.). М., 1994, 100 с.
4. Концепція розвитку мережі телекомунікацій у системі вищої освіти Російської Федерації (затверджена 31 березня 1994 р.). М., 1994, 120 с.
5. Розвиток сучасних інформаційних технологій на основі уніфікованих засобів інформатики масового застосування в Російській Федерації і за кордоном у 1995-1996 роках (Щорічна доповідь). М., Міжрегіональний науково-технічний комплекс "Прикладні інформаційні технології та системи", 1996, 225 с.
6. Агранович Б.Л., Богатир Б.М., Ямпільський В.3. Системний аналіз стратегій інформатизації освіти. М., "Проблеми інформатизації вищої школи", № 3-4 (9-10), 1997, с. 9-13.
7. Аршинов В.І., Данилов Ю.А., Тарасенко В.В. Методологія мережевого мислення: феномен самоорганізації. М., в сб. "Онтологія і епістемологія синергетики", Інститут філософії РАН, 1997, с. 101-118
8. Ваграменко Я.А., Каракозов С.Д. Матеріали до Концепції інформатизації освіти (загальна і педагогічна освіта). М., "Педагогічна інформатика", # 3, 1997, с. 67-84.
9. Гершунский Б.С. Філософія освіти для XXI століття (у пошуках практико-орієнтованих освітніх концепцій). М., "ІнтерДіалект +", 1997, 697 с.
10. Данилов Ю.А. Роль і місце синергетики в сучасній науці. М., в сб. "Онтологія і епістемологія синергетики", Інститут філософії РАН, 1997, с. 5-11.
11. Капіца С.П., Курдюмов С.П., Малінецкій Г.Г. Синергетика і прогнози. Майбутнього. М., "Наука", 1997, 286с.
12. Кучкаров 3.А., Кононенко А.О., Губанов В.В., Сін Ю.Є. Управління проектами системної інтеграції. Технологічна лінія системної інтеграції. Системне управління - проблеми і рішення (збірник статей). М., Концепт, 1997, вип. 8, с. 46-56.
13. Новіков Л.М. Професійна освіта Росії. Перспективи розвитку. М.; Дослідницький центр проблем неперервної професійної освіти, 1997, 254 с.
14. Попов В.В. Інформатизація та проблеми розвитку освіти (матеріали до доповіді на засіданні Уряду РФ 15 серпня 1997). М., ціан, 1997, 9c.
15. Рад Б.Я. Інформатизація - новий етап розвитку вищої освіти Росії. Санкт-Петербург, Інститут моделювання та інтелектуалізації складних систем, 1997, 7с.
16. Тихонов О.М., Богатир Б.М. Роль інформатики в освітньому процесі. М., "Проблеми інформатизації вищої школи", № 2 (6), 1996, с. 97-99.
17. Шукшунов BE 0 проблеми реформування освіти в Російській Федерації (позиція Міжнародної Академії Наук Вищої школи). М., МАН ВШ, 1997, 32 с.
Синергетика і детермінізм
А. Родін 1. Необхідне і можливе
Необхідність може бути зрозуміла принаймні двояко:
А) Стан речей необхідно, коли його неможливо уникнути.
В) Стан речей необхідно, коли його неможливо замінити іншим станом речей, поставити на його місце інше положення речей. Як пов'язані між собою А і В, чи не є вони за своїм змістом тотожними? Заміщення деякого положення справ на інше це один із способів його уникнути, але чи є цей спосіб єдиним? Якщо ні, то хоча всі положення речей, необхідні в сенсі А будуть необхідними і в сенсі В, протилежне не буде вірно, тобто необхідність А буде більш сильною, ніж необхідність В. Щоб відповісти на поставлене питання, перш за все, проаналізуємо докладніше необхідність В. Судження "сума внутрішніх кутів трикутника дорівнює двом прямим", необхідно істинне при прийнятті всіх потрібних аксіом і визначень евклідової геометрії, має сенс ( або, як кажуть математики - воно нетривіально) остільки, оскільки має сенс питання про суму внутрішніх кутів трикутника. А питання має сенс тільки остільки, оскільки відповідь на нього заздалегідь не очевидний: може бути сума внутрішніх кутів різна для різних трикутників, може бути вона постійна, але дорівнює не p, а іншому числу. Таким чином, необхідність цього судження розуміється за способом В - по крайней мере в тій мірі, в якій це судження має сенс: ми заздалегідь припускаємо різні положення справ, але виявляється, що має місце єдине положення справ, яке неможливо замінити ні на яке інше з тих, які ми припускали раніше. Точно так само, коли ми говоримо, що при прийнятій фізичної ідеалізації кинутий камінь необхідно впаде в обчисленнях місці, нас це цікавить остільки, оскільки демонструє можливість передбачити місце падіння реального каменю з достатньою точністю. Це передбачена місце падіння виділяється на деякому заздалегідь заданому просторі, наприклад, на поверхні Землі, яке, таким чином, представляє собою простір можливостей, заперечуваних або затверджуються в якості необхідних. Наведені в якості прикладів судження були синтетичними. Якщо ми тепер візьмемо аналітичне (і, отже, необхідне) судження "радіуси кола рівні між собою", то ситуація в принципі не зміниться. Звичайно, це судження можна назвати тривіальним - якщо вважати, що воно дається одночасно з визначеннями кола і радіусу кола. Однак це судження можна вважати моментом ще не існуючого визначення кола, яке аж ніяк не є тривіальним. Сенс цього визначення полягає, зокрема, в тому, що воно виділяє коло як фігуру з рівними радіусами серед усього безлічі фігур з нерівними радіусами. Це безліч фігур з нерівними радіусами і складає "найближчим" поле можливостей для необхідного судження про рівність радіусів кола. Щоб уникнути протиріччя між неможливістю заміщення необхідного стану справ іншим (сенс необхідності) і необхідністю можливості такого заміщення при постановці питання (необхідність сенсу), розрізняють два роди можливості - "онтологічну" і "епістемологічну" [2]: онтологічно можливо те, що може мати місце в дійсності, а епі можливо те, про що не відомо, чи можливо або чи існує вона насправді. Але з іншого боку, при затвердженні необхідності заперечуються саме ті можливості, які (помилково) передбачаються при постановці питання, тобто заперечуються епістемологічні можливості, які перетворюються тим самим у онтологічні неможливості. Тому ми не будемо користуватися цим розрізненням і будемо просто говорити, що необхідність заперечує з усіх можливих положень речей все, крім одного необхідного. Суперечності не виникає, оскільки заперечувати можливість і зовсім її не припускати - не одне і те ж. Необхідність у в наведених прикладах передбачає заперечуємо можливості. Отже, у всіх наведених прикладах необхідність розуміється за способом В. Очевидно, що таким же чином йде справа з будь-яким судженням: необхідність судження заперечує (перекреслює) передбачувані можливості. Тобто будь-яке судження може бути необхідним лише в сенсі В. Будемо тому надалі називати необхідність в сенсі У логічною необхідністю.
2. Можливе і дійсне
Вище ми розглядали тільки заперечує можливість і можливість, що затверджується в якості необхідної. Що таке позитивно затверджувана можливість, яка відрізняється від неможливого саме як має місце можливість, а не як необхідність? Таке позитивне можливе завжди береться в парі з дійсним: деякий стан речей можливо, але не дійсно. Що означає, що деякий стан речей можливо, але не дійсно? Порівняємо дві пропозиції: "дві сторони даного трикутника в сумі більше третьою" (назвемо це властивістю M) і "дві сторони даного трикутника в сумі більше третьою вдвічі" (властивість D). Перше речення виражає необхідне судження (представляє собою застосовану до даного трикутника загальну теорему), тоді як друге речення виражає собою індивідуальне властивість даного трикутника, яке не є необхідним, оскільки сума двох сторін трикутника може перевищувати третю сторону на будь-яку величину. Зокрема, можливо, щоб сума двох сторін трикутника перевищувала третій вдвічі. Як і у випадку необхідного судження, судження про те, що трикутник має властивість D має сенс остільки, оскільки можливість мати властивість D виділяється серед передбачуваного спектру можливостей D ', D'', D''', ... (Сума двох сторін більше третьою в 3, 4, 4.5 рази) і т.д. Проте це єдина можливість виділяється не так, що інші можливості заперечуються, а так, що ця єдина можливість реалізується в дійсності (інші можливості не заперечуються). У нашому випадку це означає, що вона просто "береться" або "розглядається" на тлі всіх інших. З іншого боку, всі нереалізовані можливості пов'язані з реалізованою і утворюють, таким чином, не просто спектр, але пучок. Ми розглядаємо властивості D ', D'', D''', ... тільки разом з реалізованим властивістю D. Візьмемо замість трикутника, що володіє властивістю D, трикутник, що володіє властивістю Е рівності всіх сторін. Насправді, ми взяли той самий трикутник, оскільки Е необхідно і достатньо для виконання D. Проте як найближчих альтернативних можливостей ми тепер будемо розглядати не D ', D'', D''', ... , А властивості рівнобедреного і різнобічність. Це означає, що будь-який ряд можливих властивостей D, D ', D'', D''',... розглядається по відношенню до одного й того ж дійсному трикутнику. Говорячи про різні можливості, ми розглядаємо можливі метаморфози дійсного індивіда, не втрачаючи з виду його ідентичності. Таким же чином в пучок навколо необхідного положення справ пов'язані заперечуємо можливості. Зображену на рис.1 неправильну фігуру потрібно в цьому сенсі розглядати як метаморфозу кола. Отже, можливість з одного боку пов'язана з необхідним, а з іншого боку з дійсним. Нехай дано рівнобедрений трикутник. Це означає, що з усіх можливих видів трикутника дійсний саме рівнобедрений трикутник. Необхідною чином цей трикутник має тим властивістю, що сума його внутрішніх кутів дорівнює p (назвемо це властивістю S), так само, втім, як і всі інші можливі трикутники. По відношенню до дійсного необхідне саме виступає в ролі можливого: трикутник, що володіє властивістю S можливий, а трикутник, що не володіє властивістю S, неможливий. Крім того, всяке необхідне положення справ в математиці виявляється лише деякою можливістю тоді, коли необхідність намагаються зробити найбільш "суворої" і "точної". Тоді з'ясовується, зокрема, що необхідними в математиці є тільки гіпотетичні судження, де в якості гіпотез повинні бути прийняті певні аксіоми. А це, взагалі кажучи, означає, що існує можливість прийняти інші аксіоми, наприклад аксіоми неевклідової геометрії, натомість аксіом евклідової геометрії. Таким чином, конституюється поле можливого, на якому спочиває всяка математична необхідність. Природничо експеримент аналогічний вибору для розгляду деякої певної фігури з ряду можливих у геометрії, проте, на відміну від математики, сама штучно реалізована в експерименті ситуація не може бути остаточно ототожнена з відповідною можливістю. Експериментальна ситуація завжди відтворює можливу "ідеалізовану" ситуацію тільки деякому наближенні. Дійсна і відповідна їй можлива ситуація зв'язуються відносинами подоби, коли говорять, що відмінностями між ними "можна нехтувати". Необхідна стан речей, який встановлюється у природничих науках теоретично, "перевіряється" експериментально в двох відносинах. По-перше, експеримент (приблизно) реалізує це теоретично необхідне положення речей, як, наприклад, експеримент Галілея приблизно реалізує теоретично обчислена рух тіла по похилій площині. У цьому відношенні теоретична необхідність виступає як можливість для реалізації в дійсності, причому можливість, яка, взагалі кажучи, заздалегідь не гарантована. (Якщо експеримент вдався одного разу, потім був відтворений достатнє число разів, така можливість набуває статус "позитивної" і "гарантованої", а відповідна їй теоретична необхідність - статус "встановленої" - як, наприклад, у випадку дослідів, що демонструються на шкільних уроках фізики. Але заздалегідь цього припускати не можна.) З іншого боку, зусилля теоретика спрямовуються на те, щоб модифікувати теорію з метою добитися більшої аналогії між теоретично необхідним і експериментально спостережуваних, аж до фундаментальної перебудови всієї теорії. І в цьому відношенні теоретично необхідне, виявляється, по відношенню до результатів експерименту лише можливим теоретичним описом дійсності. Таким чином, ні в математиці, ні в природних науках необхідне не стикається з дійсним безпосередньо: їх співвідношення в обох випадках опосередковано можливим. Можливе виявляється свого роду "подушкою" між необхідним і дійсним, опосредующей середовищем, простором, у якому, з одного боку, прокреслює свої лінії необхідність, створюючи систему місць цього простору, а з іншого боку, знаходить своє місце дійсність.
3. Детерминированное і випадкове
Опосередковане можливим ставлення необхідного і дійсного доповнюється в фізиці нового часу поняттями детермінованого і випадкового. Ми розглянемо співвідношення цих понять для випадку класичного лапласовского детермінізму. Часто детермінізм Лапласа розуміють як доктрину, згідно з якою точне знання стану речей у Всесвіті в деякий момент часу to автоматично робить відомим стан речей у Всесвіті в будь-який інший момент часу. Відповідно до цієї версії детермінізму, знання про стан речей в цьому автоматично робить відомим стан речей в як завгодно віддаленому майбутньому і як завгодно віддаленому минулому. Однак Лаплас насправді висловлюється більш акуратно [3]: Розум, якому були б відомі для будь-якого даного моменту всі сили, одушевляють природу і відносне положення всіх її складових частин, якщо б він ще й виявився досить великим, щоб підпорядкувати ці дані аналізу , обняв би в одній формулі руху найбільших тел всесвіту нарівні з рухами найлегших атомів: не залишилося б нічого, що було б для нього недостовірно, і майбутнє, так само як і минуле, постало б перед його очима. .... Всі зусилля духу в пошуках істини постійно прагнуть наблизити його до розуму, про який ми щойно згадували, але від якого він залишиться завжди нескінченно далеким. Лаплас говорить не лише про ставлення світу і нашого знання про світ, але і про третій елементі відносини - гіпотетичному розумі, нескінченно відрізняється від нашого пізнає розуму. По-перше, проблема полягає не тільки в тому, що ми знаємо не всі фізичні характеристики або знаємо їх неточно, але і в тому, що наш розум не володіє достатньою "аналітичної силою". Як ми тепер знаємо, недолік "аналітичної сили" для аналізу складних систем стосується не тільки обчислювальних потужностей, а й самого аналітичного апарату. По-друге, проблема (і, очевидно, головна проблема) полягає в тому, що ми знаємо не всі "сили, одушевляють природу". Під силою тут Лаплас розуміє те, що зараз називають "взаємодією" (гравітаційне, електромагнітне, і т.д.). Тобто проблема, згідно Лапласу, полягає в тому, що знання фундаментальних законів, яким ми володіємо, залишається неповною і тільки ймовірним. Отже, як мислить гіпотетичний лапласовскій розум? Припустимо закони механіки Ньютона встановленими і абсолютно точними. Положення тіла (у фазовому просторі координат і швидкостей) в момент часу t автоматично робить відомим його положення в будь-який інший момент часу в минулому або майбутньому. Це можна підтвердити експериментально: кинути камінь під певним кутом до горизонту із заданою початковою швидкістю і передбачити місце його падіння. Звернемо увагу на те, що фіксований закон відкриває поле можливостей для експериментування. На цьому полі можливого грунтується можливість передбачення, складова сенс детермінізму: передбачення в даному випадку є саме вибір між низкою можливих місць падіння каменя. Таким чином, поле можливого виступає тут двояко. З одного боку є поле можливих початкових умов, предваряющее дійсний стан речей тут і зараз. Ми можемо кинути камінь у іншому місці і з іншою швидкістю, і, відповідно, іншим буде передбачене місце падіння каменя. "Знати відносне положення всіх частин" світу тут і зараз, значить, з усіх можливих відносних положень вказати на те єдине, яке має місце в дійсності. З іншого боку, завдання початкових умов - або в експерименті, або безпосереднім наглядом дійсного положення речей - згідно з установленим законом, з необхідністю тягне за собою певне положення речей у майбутньому. Необхідність перекреслює усі можливі майбутні стану речей, окрім єдиного, яке збігається з дійсним. Це й означає детермінованість, яка, як ми бачимо, виявляється способом збіги необхідного і дійсного у можливому. Реальне дійсне (реальна дійсність) не збігається з дійсним взагалі остільки, оскільки воно передбачає реально можливе, а не можливе взагалі. Можливість (і, відповідно, дійсність) може бути логічною і реальною. Нехай дано деякий дійсний стан речей Т. Розглянемо пов'язаний з Т пучок П (Т) можливих положень речей Т ', Т'', Т''', ... . По відношенню до П (Т) Т може мислиться принаймні двояко. По-перше, Т може мислиться довільно обраним у П (Т). Так, наприклад, в пучку можливостей, пов'язаному з трикутником АВС, ми вибираємо можливість, при якій трикутник АВС є рівностороннім. Це логічна можливість і, відповідно, логічна дійсність (можливість трикутника АВС бути рівностороннім або різнобічним, дійсний стан речей, при якому АВС є рівностороннім). По-друге, Т може мислитися випадково випали шансом в П (Т). Наприклад, при киданні гральної кістки випадає шістка. Це реальна можливість і реальна дійсність (можливість випадання шестірки і дійсний стан справ, при якому випала шістка). Підкреслимо, що під випадковим ми розуміємо не просто те, для чого ми не можемо вказати причину або, що не законосообразности, але те, що сталося так, але могло б статися й інакше. Випадкове передбачає заданий поле можливостей, так само як і вибір, проте вибирають в полі логічних можливостей, а нагода випадає в полі реальних можливостей (у полі випадкового). Логічно при киданні кістки можливі випадіння все тих же шести граней, оскільки ми напевно знаємо, що нічим іншим кидання кістки закінчиться, не може. Проте в цьому немає нічого випадкового: якщо кістка не кидати, а просто виставляти ту межу, яка подобається, з логічної можливістю залишиться все як і раніше. Відповідно, довільно виставлена грань є тільки логічно, але не реально дійсною. Більш суворе відмінність між логічною і реальною можливістю (випадковістю) ми отримаємо в наступній частині статті, а поки зробимо деякі висновки із сказаного у відношенні поняття детермінованого. Сенс детермінізму полягає в ототожненні необхідності з реальною, а не логічної дійсністю. Щоб ототожнювати необхідність з логічної дійсністю не потрібно ніяких експериментів. Ми ототожнюємо необхідність з логічної дійсністю, коли будуємо геометричну фігуру з заданими властивостями (тобто, вирішуємо проблему), наприклад, рівносторонній трикутник. Ми будуємо цей трикутник (дійсне), а потім, спираючись на спосіб його побудови, доводимо, що побудований трикутник необхідним чином є рівностороннім (необхідне). Приблизно те ж саме відбувається при конструюванні машин: конструюється дійсне пристрій, який потрібно володіє потрібними властивостями. Експеримент, який встановлює детерміноване стан речей, означає щось інше. Експеримент не просто з необхідністю робить дійсним деякий можливе стан речей, але з необхідністю робить деякий випадкове положення речей, виробляє певний випадок. Точніше кажучи, експеримент відтворює випадок, оскільки експеримент, який не вдається повторити, вважається непридатною спробою, а не експериментом. Інакше кажучи, для детермінованого недостатньо як для логічно необхідного бути єдиною і одночасно довільно обраної можливістю, тобто недостатньо бути необхідній логічній дійсністю. Детерминированное повинно бути необхідною реальною дійсністю, а це значить, що воно має бути єдиним випадком. Перекреслення всіх можливостей окрім єдиної необхідною і ототожнення її з дійсністю становить тільки логічну сторону детермінації, тобто опис детермінації; реальна детермінація полягає в тому, що перекреслюються всі випадкові результати експерименту або спостереження крім єдиного детермінованого випадку. Але це означає, що реально детермінована передбачає не поле логічно можливого, але поле випадкового (реально можливого). Логічна необхідність вимагає того, щоб необхідне було довільно обрано. Детермінованість вимагає того, щоб необхідне трапилося, тобто випадково сталося. Якщо логічна необхідність, таким чином, пов'язана з людською здатністю розумного вибору, то детермінованість пов'язана зі спонтанністю людини і світу. Будемо замість гральної кістки кидати камінь під кутом до горизонту і будемо спостерігати куди він впаде. Місце падіння каменя однозначно визначається його початковою швидкістю і напрямом кидання. Однак реально швидкість і напрямок можуть бути поставлені тільки приблизно. Те ж саме відноситься до вимірювання координати падіння каменя. Ми судимо про це тому, що розрахований місце падіння каменя дещо відрізняється від реально виміряного, причому величину цієї відзнаки неможливо точно передбачити - вона випадкова. (Якби ми могли передбачити цю величину, це означало б, що ми вимірюємо абсолютно точно.) У цьому відношенні будь-яке вимірювання має справу з випадковим. Можна сказати, що саме вимірювання являє собою детермінацію, виділення в полі випадкового єдиного випадку, яке не цілком вдається. Проблема точності вимірювання полягає не в тому, що вимірювана величина відрізняється від реальної. Поняття реальної величини є дуже абстрактним, оскільки воно відвернута від процедури вимірювання. Проблема точності полягає в тому, що в експериментах і спостереженнях теоретично передбачаються результати відрізняються від вимірюваних, зокрема, вимірювані повторно кількісні характеристики тих явищ, які з точки зору теорії відносяться до тотожним або еквівалентним щодо цих характеристик об'єктів, різняться між собою. Це означає, що світ виявляється детермінованим тільки частково, а в іншому залишається випадковим. Віднести чи цю неточність до погрішностей вимірювання або до недоліків теорії (починаючи від неврахованих факторів і закінчуючи фундаментальними помилками теорії), покращувати чи свої прилади або переглядати теорію є справою вченого. Дивовижним фактом виявляється те, що в ряді ситуацій одне тільки підвищення точності вимірювання в широких межах збільшує детермінованість системи. У цьому й полягав тріумф ньютонівської механіки, найбільш вражаючим моментом якого було детерміністичних опис руху небесних тіл сонячної системи. Це дозволило Лапласу припустити, що подібний опис може бути поширене на широке коло явищ (або взагалі на всі явища).
На користь такої теорії говорить разючу відповідність між комп'ютерною моделлю дифузного росту кристалів і реальними природними утвореннями.
Фрактальна структура властива не тільки кристалам. Схожу форму мають пальці, які утворюються при взаємодії двох рідин різної в'язкості, наприклад, між водою і нафтою. Зовсім іншу природу, але схожий вигляд має електричний розряд у газі. Сандер припускає, що такий підхід до опису виникнення фрактальних структур може бути застосований для пояснення біологічних об'єктів, коралових рифів, розгалуження судин кровоносної системи.
Глава 2. Інформаційні системи
Людський мозок - це гігантська мережа з десятків мільярдів нервових клітин, пов'язаних між собою відростками (дендритами і аксонами). Завдяки роботам нейрофізіологів досить добре відомий механізм дії окремого нейрона. Відволікаючись від швидких перехідних процесів, можна сказати, що нервова клітина здатна перебувати в одному з трьох дискретних станів: спокої, порушення і невозбудімості (рефрактерності). Переходи між станами керуються як процесами всередині самої клітини, так і електричними сигналами, які надходять до неї по відростках від інших нейронів. Перехід від стану спокою до збудження відбувається пороговим чином при майже одночасному надходженні досить великої кількості імпульсних сигналів збудження. Опинившись у збудженому стані, нейрон перебуває в ньому протягом певного часу, а потім самостійно переходить до стану рефрактерності. Цей стан характеризується дуже високим порогом збудження: нейрон практично не здатний реагувати на які надходять до нього сигнали збудження. Через деякий час здатність до порушення відновлюється, і нейрон повертається в стан спокою.
Крім обладнання окремої нервової клітини відносно добре вивчені глобальні аспекти діяльності мозку - призначення його окремих областей, зв'язку між ними. Проте спроби описати роботу мозку з позицій поточних принципів функціонування обчислювальних пристроїв з лінійною організацією обчислень приводять до фантастичних цифр швидкості передачі інформації. Кілька ближче виявляються розподілені обчислювальні мережі, але вони і побудовані на дискретних принципах, в той час як мозок використовує аналогову обробку.
Безперервні спроби побудувати подібні мозку обчислювальні системи призвели до ідеї використання нечіткої логіки. Великі надії пов'язані з нанотехнологіями та молекулярними комп'ютерами, що вимагає нового погляду на проблему забезпечення надійності, тому що ймовірність припинення функціонування окремого елемента досить висока. Мабуть і програмування такого комп'ютера буде відрізнятися від традиційного підходу, можливо більш нагадуючи процес тренування / навчання.
Клітинні автомати
В якості моделі таких пристроїв зараз розглядаються клітинні автомати. Ними зазвичай називають мережі з елементів, що міняють свій стан в дискретні моменти часу за певним законом, в залежності від того, яким був стан самого елемента та його найближчих сусідів по мережі в попередній дискретний момент часу.
Найвідомішим клітинним автоматом є гра Життя. Тут мережа являє собою двовимірну або тривимірні грати елементів, кожен з яких може мати два стани: живий чи мертвий. Смерть, життя або пожвавлення клітки визначається кількістю живих сусідів: у порожнечі або при перенаселеності клітина гине, в деякому діапазоні числа сусідів продовжує жити, таке ж число може відтворити нову клітку. Більш складні автомати можуть мати більшу кількість станів елементів, елементи можуть бути схильні випадковим збурень і т. п. За своїм поведінки клітинні автомати поділяються на чотири класи. До першого класу відносяться автомати, що приходять через певний час до сталого однорідного стану. Автомати другого класу через деякий час після пуску генерують стаціонарні або періодичні у часі структури.
В автоматах третього класу після деякого часу перестає спостерігатися кореляція процесу з початковими умовами. Нарешті, поведінка автоматів четвертого класу сильно визначається початковими умовами та з їх допомогою можна генерувати дуже різні шаблони поведінки. Такі автомати є кандидатами на прототип клітинної обчислювальної машини. Зокрема, за допомогою специфічних клітинних конфігурацій гри Життя, яка як раз і є автоматом четвертого типу, можна побудувати все дискретні елементи цифрового комп'ютера.
Клітинні автомати використовуються для моделювання гідродинамічних течій, так як рівняння гідродинаміки відповідають математичної моделі, яка описує поведінку гратчастого газу, одного з клітинних автоматів, на макрорівня-ні. Структури, що у грі Життя, дуже точно повторюють обурення поводження поверхні потоку рідини механічною перешкодою. Примітивні одномірні клітинні автомати можуть моделювати процес горіння різного характеру.
Автомати - колонії
Такі автомати використовуються для моделювання поведінки в часі і просторі популяцій живих організмів. Щоб пояснити, про що йде мова, опишемо автомат Aquatorus, запропонований Аланом Дьюдні [2]. Тут елементами автомата є не просто ділянки середовища, а об'єкти різних типів, здатні переміщатися в середовищі і взаємодіяти між собою. У автоматі Дьюдні таких типів два: акули і риби. Деякий часовий параметр задає період, після якого у об'єктів кожного типу виникає потомство, тобто новий об'єкт того ж типу. Ще один параметр задає час життя об'єктів кожного типу, причому для акул він менше, але останні можуть продовжити своє існування, поглинувши об'єкт типу риба.
При досить великому розмірі віртуального середовища, не представляє великої складності підібрати вищеназвані параметри таким чином, щоб система існувала досить довго. При цьому кількість риб і акул буде відчувати коливання, але не впаде до нуля. Спостереження за моделлю показали, що виникнення упорядкованості в характері розподілу об'єктів різних класів за середовищі, як правило, призводило до загибелі однієї з популяцій.
Як зазначає Дьюдні, статистичні дані по коливанню числа особин кожного виду набагато краще описують зустрічаються в природі зміни кількості хижаків і жертв, ніж рішення рівнянь аналітичної моделі.
Пам'ять і розпізнавання образів
Існує маса програм, які потребують реалізації ефективної системи розпізнавання образів. Один з можливих шляхів її створення - побудова динамічної системи, аттракторами якої в її конфігураційному просторі були б типові картини-образи. Початкові умови завжди опиняться в області притягнення однієї з картин, з плином часу система трансформує початкові параметри, привівши їх до найближчої структурі-аттрактору. Тобто відбудеться автоматичне розпізнавання образу.
Теоретична модель подібної динамічної системи була запропонована Дж. Хопфилдом і названа спінові склом. Спіновое скло складається з набору елементів, кожен з яких має позитивним чи негативним спіном. Задається деяка матриця попарних взаємодій елементів, що визначає сумарну енергію взаємодіючих спінів. З часом стан елементів змінюється таким чином, щоб знизити повну енергію системи.
Виявляється, матриця взаємодій може бути записана таким чином, щоб відповідати станам з мінімумом енергії для кількох картин стану елементів. При цьому деяке початковий стан елементів згодом севолюціонірует найближчим з мінімумом енергії, або, що те ж саме, в найбільш схоже, запрограмоване в матриці. Власне в цьому і полягає процес розпізнавання образів. На спінових матрицях можна побудувати і навчаються системи. У них елементи матриці взаємодії мають стан програмування, коли їх значення змінюється за певним законом, що враховує демонстрований образ, тобто поточний стан спінових елементів.
Недолік такої схеми системи розпізнавання образів полягає в неможливості аналізу закономірностей у вхідних даних. Його позбавлені так звані персептрони, принцип дії яких описано далі. Персептрон має сітківку, тобто набір клітин, що беруть вхідний образ. Крім сітківки в персептрона присутні елементи (треба зауважити, що їх кількість перевищує число клітин сітківки), що аналізують стан певного підмножини клітин сітківки. Вихідний сигнал такого елемента передається на наступний логічний рівень. Вихідний сигнал є позитивною реакцією на появу у ввіреній такого елементу частини сітківки одного з заданих образів. Зрештою, сигнали надходять на центральний аналізатор, який примножує їх на відповідні вагові коефіцієнти, складає їх і оцінює рівень результату на предмет перевищення ним деякого заданого порогу.
Можливо, побудувати прилад, який виявляє деякі нескладні залежності в демонстрованих образах, типу наявності ліній певної орієнтації, геометричних фігур і т.п. Персептрони також можуть мати механізм навчання.
Необхідно зауважити, що на описаних в цьому параграфі принципах будуються практичні (і комерційні!) Реалізації електронних схем розпізнавання образів.
Рішення оптимізаційних завдань
Часто в різних сферах діяльності виникають задачі знаходження оптимального варіанту з необмеженого числа можливих. Точного рішення, як правило, не потрібно, але дискретний комп'ютер не здатний ефективно дати навіть приблизно оптимальний результат. Розглянемо як елементарного прикладу завдання про прокладання трубопроводу між двома населеними пунктами, причому вартість прокладки залежить від території, по якій пройде траса, а цільовою функцією є максимальна дешевизна роботи.
Для її вирішення існує оригінальна модель аналогового комп'ютера, що представляє собою два аркуші деякого матеріалу, що зображують територію будівництва, з'єднаних двома шпильками, в місцях, відповідним населеним пунктам. Відстань між листами нерівномірно по всій поверхні і моделює розподіл вартості прокладки на даній ділянці місцевості. Прилад опускається в мильний розчин і утворилася плівка, автоматично прийшовши до стану з найменшою енергією, ляже на лінії одного з найбільш оптимальних маршруту.
У серйозних завданнях користуються описаним в попередньому параграфі спінові полем. Зокрема, для задач пошуку розбивки графа на групи з мінімальним числом зв'язків між ними, для спінової сітки задається матриця зв'язків із значеннями О або 1 для незв'язаних і пов'язаних елементів відповідно. Суть рішення зводиться до переходу в стан з мінімумом енергії. Відмінність від системи розпізнавання образів полягає в підборі функції енергетичних переходів елементів. Функція повинна дозволяти елементу переходити вгору по поверхні потенційної енергії, щоб забезпечити можливість проходження локального мінімуму. Проблема вирішується введенням імовірнісного алгоритму переходів, тобто перехід з приростом енергії можливий, але з імовірністю, обернено пропорційній цього приросту.
Генетичні алгоритми
Уявімо собі клітинний автомат, для клітин якого додатковою умовою виживання є вироблення певної послідовності вихідних даних (назвемо її умовно реакцією) у відповідь на послідовність вхідних даних (що є властивістю середовища, роздратування), пророкує наступний стан середовища. Щоб такий автомат функціонував, додається також механізм випадкового зміни правил вироблення реакції (мутації) і передачі, що виникли вперше клітинам інформації про правила реагування сусідів (успадкування). Крім дослідження умов розвитку моделей живих систем, такий підхід дозволяє вирішувати і деякі практичні завдання, зокрема пошук найкоротшого шляху на графі. Структура графа кодується деяким чином в хромосомах клітин. Передбачається, що алгоритми, придбані внаслідок мутацій і спадкування, будуть відповідати рішенням завдання.
Висновок
Ілюзія того, що процеси, що відбуваються в природі, можна моделювати і пророкувати чисто детерміністичних методами поступово розвіялася, коли стало ясно, що обчислювальні засоби в доступному для огляду майбутньому не зможуть досягти необхідної потужності і що точність наявних моделей недостатня для пояснення макроскопічних процесів. Настав криза парадигми. Синергетика пропонує замість аналітичних побудов зайнятися пошуком загальних закономірностей у різноманітних явищах. Про успіх такого підходу свідчить те, що дисципліна, яка виникла як галузь фізики, тепер знаходить свої додатки в біології, соціології, психології, вивчення розвитку науки і філософії взагалі. Кажуть про застосування синергетики в теорії мистецтва. Отже, вже можна сказати про появу життєздатною нової парадигми. Їй ще немає півстоліття, але результати досліджень, заснованих на ній вже приносять практичну користь.
Окремо необхідно відзначити докладання різноманітних галузей синергетики в комп'ютерній техніці та інформатиці. Їх можна бачити на кожному кроці: пристрої управління температурними режимами, автофокусування оптичних пристроїв, системи автоматичного розпізнавання тексту. Вивчення структур і властивостей фракталів несподівано призвело до появи нового напряму в образотворчому мистецтві, складність і природність цих структур виявилися незвичайно естетично привабливі.
Література
1. В. Васильєв, Ю, Романовський, В. Яхно, автохвильовим процеси, М. Наука, 1987
2. А. Дьюдні, Акули і риби в комп'ютерній моделі / / У світі науки лютого 1985
3. А. Дьюдні, Дослідження генетичних алгоритмів / / У світі науки січня 1986
4. А. Дьюдні, Недоліки електронного очі / / У світі науки листопада 1984
5. А. Дьюдні, Про аналогових комп'ютерах / / У світі науки серпня 1984
6. А. Дьюдні, Побудова одновимірних комп'ютерів / / У світі науки липня 1985
7. А. Дьюдні, Дивна привабливість хаосу / / У світі науки вересня 1987
8. А. Дьюдні, Тривимірні версії гри Життя / / У світі науки квітня 1987
9. В. Коротков, Розвиток концепції ноосфери на основі парадигми синергетики,
10. Дж. Кратчфілд, Дж. Фармер, Н. Паккард, Р. Шоу Хаос / / У світі науки, лютий 1997
11. А. Лоскутов, О. Михайлов, Введення в синергетику, М, Наука, 1990
12. Нове в синергетики: загадки світу нерівноважних структур, М. Наука, 1996
13. Л. Сандер, Фрактальний зростання / / У світі науки березня 1987
14. Дж. Силк, А. Салаї, Великомасштабна структура всесвіту / / У світі науки грудня 1983
15. Дж. Уолкер, що відновлюються фази / / У світі науки липня 1987
16. Г. Хакен, Синергетика, М. Світ, 1980
17. Б. Хейес, Клітинний автомат / / У світі науки травня 1984
18. У. Хілліс, Комутаційна машина / / У світі науки серпня 1987
19. І. Епстейна, К. Кастін, П. Кеппер, М. Орбан, Коливальні хімічні реакції / / У світі науки травня 1983
Синергетична модель динаміки політичної свідомості
О. В. Мітіна, В. Ф. Петренко. Політичні, духовні, екологічні кризи - атрибут не тільки нашого суспільства на поворотному моменті історії. Кризи переживають і стабільні, що склалися країни Заходу. У зв'язку з цим інтереси багатьох дослідників звертаються до синергетики. Це нове міждисциплінарний напрям виник на початку 70-х років [16, с. 229-242]. Одна з його головних завдань - пізнання загальних принципів, що лежать в основі процесів самоорганізації, що реалізуються в системах самої різної природи: фізичних, біологічних, технічних і соціальних.
Синергетичний стиль наукового мислення включає в себе, з одного боку, розподіл усіх бачення світу, яке здобуло бурхливий розвиток у XIX столітті. З іншого боку, синергетику можна розглядати як сучасний етап розвитку кібернетики і системних досліджень. Концепції та ідеї теорії самоорганізації знайшли своє вираження в таких взаємопов'язаних областях як теорія дисипативних структур [12], теорія детермінованого хаосу [17; 24, с 130-141], теорія катастроф [27]. При цьому синергетика, не будучи жорстко орієнтованої сукупністю методологічних принципів та понять, скоріше відіграє роль системної рефлексії і виходить не з однозначного загальноприйнятого визначення поняття "система", а з притаманного їй набору властивостей. Серед них - нелінійність, цілісність, стійкість структури, процеси її становлення і самоорганізації, системний "ефект складання", що приводить до того, що входять в систему елементи визначаються залежно від цілого, від координації з іншими її елементами і ведуть себе зовсім інакше, ніж у разі їх незалежності. У природознавстві під динамічною системою розуміється будь-який об'єкт або процес, для якого можливо визначити поняття стану як деякого миттєвого опису цієї системи, відомого в будь-який момент часу. Стан системи дає уявлення про систему в цілому в конкретний момент часу. Зміна станів виражає зміну системи в часі і визначається як зовнішніми впливами, так і самою системою.
Однак навряд чи варто приписувати Лапласу або Ньютону "детермінізм" як догматичну переконаність у явному успіху детерміністичного опису явищ. З апріорного судження про те, що кожне положення речей детерміновано, реалізацію наукової програми детерміністичного опису реальних явищ не слід хоча б тому, що приблизність (і, отже, випадковість) всякого виміру є, очевидно, нередуціруеми. Те, що цю випадковість вимірювання в ряді випадків вдається, так би мовити, укласти в певні рамки, не має ніякого відношення до апріорно твердженням про детермінованість будь-яких траєкторій. Розбіжні траєкторії можуть бути так само детерміновані, як і нерасходящіеся, проте тільки в другому випадку випадковістю вимірювання вдається "нехтувати". Крім того, з апріорного детермінізму зовсім не випливає, що, кажучи словами Лапласа, природу одушевляє лише невелика кількість сил, принципи яких можуть бути легко сформульовані. І, нарешті, апріорний детермінізм не дає жодних гарантій щодо аналітичних засобів, необхідних для детерміністичного опису дійсності. Успіх ньютонівської механіки, напевно, багатьом міг запаморочити голову, але до Лапласу це явно не належить. Він говорить про свою прихильність детермінізмові як дослідницькій програмі, зовсім не маючи на увазі того, що її подальший успіх завідомо гарантований. До речі, наслідком лапласовскій прихильності детермінізмові були його фундаментальні досягнення в області теорії вірогідності і її додатків.
4. Випадок і подія
Як ми вже сказали, детерміновані траєкторії всіх тіл у Всесвіті прокреслені на полі випадкового, а не просто логічно можливого. Ми проводили також аналогію між можливим і необхідним, з одного боку, і випадковим і детермінованим, з іншого боку. Дійсно, подібно до того, як необхідність обмежує можливе, детермінованість обмежує випадкове. Однак ця аналогія не є повною, оскільки все необхідне одночасно є можливим (так само як є можливим і все дійсне), а детерміноване вже не є випадковим. Детермінація в деякому сенсі перекреслює випадкове зовсім, не залишаючи нагоди не єдиного шансу. Тому Лаплас і говорить, що випадковість завжди є лише наслідком нашого незнання і, додамо, (неминучим) наслідком приблизності вимірювань. Якщо, як говорить Лаплас, траєкторія кожного атома світу так само детермінована, як і траєкторії небесних тіл, це означає, що помислити альтернативну траєкторію деякого тіла можна тільки всю цілком. Тобто за умови детермінованості траєкторії неможлива "біфуркація," при якій тіло перейшло на ділянку траєкторії ОА, а могло б замість цього перейти на ділянку ОВ. Іншими словами, за умови детермінованості траєкторій, ми, строго кажучи, не можемо мислити ОА і ОВ як можливі траєкторії одного і того ж тіла. Але можливість, як ми говорили, визначається щодо деякої ідентичності. Якщо ми не можемо мислити альтернативну траєкторію деякого тіла як можливу траєкторію того ж самого тіла, то ми взагалі не можемо мислити ніяких можливостей. Те, що дві різні траєкторії можуть частково або й цілком збігатися є тепер випадковим фактом: важливо, що це дві різні траєкторії і, взагалі кажучи, траєкторії різних тіл. Тому кожну детерміновану траєкторію тіла можна назвати лінією долі цього тіла, невіддільної від нього самого. Далі, якщо взяти до уваги, що детерміновані не окремі тіла у світі, але світ детермінований весь цілком, разом з усіма внутрішніми взаємодіями всіх його тіл, то будь-яку альтернативну траєкторію самого найдрібнішого тіла світу можна буде подумати тільки в межах альтернативи світу в цілому - в іншому можливому світі. Чи можемо ми помислити інший можливий світ, якщо цей світ детермінований? Щодо, який ідентичності він буде визначатися? Сказане вище про окрему траєкторії тим більше відноситься до світу в цілому: переплетення доль атомів світу утворює те, що можна назвати долею самого світу. Два можливих світу не можуть містити ніякої загальної ідентичності - у противному випадку це були б не різні світи, а деякі різні можливі положення одних і тих же речей, різні можливі стану одного і того ж дійсного світу, належать тому ж самому світові. Тобто це б означало, що світ містить дійсну і можливу частину. Але якщо світ детермінований, він не може містити в собі самому інших можливих станів. Мислити ж можливі світи можна тільки щодо деякої ідентичності, що знаходиться поза всяким світу. Таку зовнішню по відношенню до детермінованому світу ідентичність називають зовнішнім спостерігачем. Тепер ми можемо, нарешті, точно визначити випадкове: випадкове - це можливе, певне щодо ідентичності спостерігача, що знаходиться поза світом. Іншими словами, випадковість це такий рід можливості, при якій будь-яке альтернативне можливе положення речей розглядається тільки як елемент альтернативного можливого інакше детермінованого світу. Тому і виходить, що в світі випадковості немає, і що вона є "результатом нашого незнання". Поле випадкового це пучок можливих світів, пов'язаних з одним і тим же ідентичним спостерігачем, що знаходиться поза світом. Випадковість відрізняється від звичайної можливості остільки, оскільки знаходиться поза світом спостерігач відрізняється від будь-якої речі світу, а сам світ відрізняється від стану речей, що має місце в цьому світі. Точніше тому говорити не про можливих, а про випадкових світах. Доля детермінованого світу виявляється фундаментальним чином випадковою, а не просто неминучою. Саме тому будь-яка телеологія виявляються абсолютно неприйнятною для детермінізму. Без допущення зовнішнього по відношенню до світу спостерігача і пов'язаного з ним пучка випадкових світів неможливо говорити про детермінованому світі. Те, що в світі виявляються регулярні явища, які, тільки й допускають детерміністичних опис (оскільки тільки в цьому випадку детерміністичних опис може бути емпірично обгрунтовано вірністю зроблених на основі цього опису пророкувань) виявляється справжнім дивом, оскільки будь-яке наукове пояснення цього факту негайно підірвало б випадковість , яка обгрунтовує детермінізм. Ньютон залучає для пояснення регулярності світу божественне провидіння не тому, що він не може висунути науково проверяемую гіпотезу, а саме тому, що розуміє сам поставлене питання як ненауковий. Не з висоти сучасних досягнень науки, а виходячи з самих принципів детермінізму, успіх ньютонівської механіки слід вважати чисто випадковим. Поняття зовнішнього по відношенню до світу спостерігача є суперечливим остільки, остільки світ взагалі не допускає чогось зовнішнього по відношенню до себе: світ це все що є. У всякому разі, це вірно, якщо під спостерігачем мати на увазі звичайної людини. Як багато разів помічалося, детермінізм ставить спостерігача-людину в позицію трансцендентного світові Бога. Що ж станеться з детермінізмом, якщо ми спробуємо все ж таки зрозуміти спостерігача як людину, що живе в світі? Перш за все, у світі виявляється не один, а безліч спостерігачів, кожен з яких має свою точку зору. Сам світ втрачає при цьому видимість і єдність, оскільки кожний окремий спостерігач здатний оглядати тільки свою околицю, власне місце в світі, а не світ в цілому. Кожен локальний спостерігач може вважати пучок можливих положень для речей з власної околиці. Це - конгломерат думок, а не "світ думки", як іноді кажуть, оскільки думки не становлять собою світу. Не потрібно думати про світ, щоб мати власну думку і мати на увазі думку іншого. Згадати про світі нас змушує війна думок. Війна думок виводить кожного локального спостерігача з його блаженного плюралізму. Рухомий необхідністю спору, спостерігач виходить на світову арену і стає дійовою особою (або, як каже Дельоз, [4] актором), подій світу. Цей поворот не є ні довільним (логічно можливим), ні випадковим, ні логічно необхідним, ні детермінованим. Він не є логічно можливим чи необхідним, оскільки передбачає безліч локально певних можливісний полів, а не одне спільне поле можливого, на якому прокреслені лінії загальної необхідності. Сама суперечка йде про проведення кордонів, про поділ території, яка, втім, заздалегідь не визначена як ціле. Встановлення загальної точки зору, загального поля можливого, на тлі якого необхідність спору стає логічною необхідністю, що розподіляє це поле між учасниками спору - це встановлення миру між змагаються сторонами, введення в суперечку арбітра. Але чи не є такий світ на ділі тільки локальним союзом, спрямованим проти іншого аналогічного союзу? Чи не йде чи справа так, що логічний мир досягається тільки перед обличчям зовнішньої загрози? І чи можемо ми виключити, що інша, не логічна, а скоріше емпірична необхідність знову не увергне логічний союз в стан війни - зовнішньої і внутрішньої. Коли це дійсно відбувається, коли дійсно губляться єдині логічні підстави, ми, звичайно, зобов'язані, перш за все, припустити, що в механізмі логічного союзу відбулися якісь збої, і спробувати їх ліквідувати. Але ми не можемо раз і назавжди виключити можливість таких збоїв, не можемо навіть наперед обмежити їхні масштаби. Ми повинні допускати можливість подій, що руйнують наше поле можливого і народжують нові поля остільки, оскільки це дійсно відбувається. Про можливість таких подій доводиться говорити в незвичайному значенні. Це можливість зміни поля можливого, тобто це не логічна можливість. Але це і не випадковість, оскільки тут йдеться не про зовнішнє спостерігачі, а про учасника подій світу. Таку можливість ми будемо називати віртуальністю. Події світу не пов'язані в пучок єдиним спостерігачем, а утворюють серію. Необхідність, яка розподіляє серію, виявляється вже не довільно обраній логічною необхідністю і не випадково випадає детермінованим долею-шансом, а долею-неминучістю, яку на початку статті ми назвали необхідністю в сенсі А. Разом з думками і логіками в події залучаються і фізичні тіла. У цьому немає логічної необхідності, але це і не справа випадку, точніше кажучи, ні логічної необхідності, ні випадку недостатньо, щоб це відбулося. Але коли це відбувається, то відбувається неминуче, оскільки в нас не залишається, ні поля можливого із запасними ділянками, ні навіть запасного можливого світу, де ця подія могла б нас минути. Віртуальне є по відношенню до неминучого такою ж системою місць, середовищем, як можливе для логічно необхідного і випадкове для детермінованого. Детермінований світ один, але детермінованих траєкторій багато, і кожна детермінована траєкторія визначена своїм випадком. Єдність детермінованого світу задано виключно зовнішнім спостерігачем, тільки він схоплює світ як ціле, тоді як зсередини детермінований світ розпадається на набір випадковостей. Неминучий світ, єдине неминуча подія є подія зіткнення, переплетення, втрати і отримання себе, переходу один в одного всіх складових світ атомів (індивідів). Але при цьому кожний атом має свою власну долю, свої власні події, серед яких головними є події його народження та його смерті (придбання і втрати ідентичності). Точніше кажучи, події не є в строгому сенсі власними і індивідуальними, оскільки власне і індивідуальне народжується і зникає у подіях. Подія завжди втягує і перерозподіляє власності та ідентичності. Не існує атомарного події - кожна подія розподіляється на невизначений число складових його елементів. Всі події неминучі і складають елементи єдиного (але не цілого) Події так, як і всі детерміновані траєкторії окремих атомів становлять елементи сукупної траєкторії детермінованого світу. Але якщо приватні детерміновані траєкторії розподіляються в полі випадкового, то приватні неминучі події розподіляються в поле віртуального. Різниця доль-шансів випадково, відмінність доль-неминучостей віртуально. Наведемо простий приклад. Розглянемо подію власного народження. Я народився там-то і тоді-то, мої батьки - такі-то люди. Чи можу я помислити можливість того, що я народився в іншому місці, в інший час і у інших батьків? Взагалі кажучи, так, однак, виникають труднощі з визначенням тієї ідентичності, щодо якої встановлюється така можливість. Був би я самим собою, якби мав інших батьків? У зв'язку з цим виникає арістотелівський питання про істотні і несуттєвих властивості, тобто ті властивості, без яких я збережу свою ідентичність і тих, без яких я її втрачу. Ясно, що, будучи деякою річчю в світі, я не можу змінити всі свої властивості і в той же час залишитися сам собою [2]. Інший шлях полягає в тому, щоб мислити будь-які властивості як випадкові, а свою ідентичність розуміти як ідентичність трансцендентного світу суб'єкта. Тоді ми можемо допустити відносно себе, яку завгодно можливість - разом можливістю іншого світу. Зворотна сторона цієї видимої легкості, однак, полягає у виявленні "вперто факту": при тому, що в можливих світах ми можемо витворяти що завгодно, те, що в єдиному дійсному світі я народився там і тоді, де народився, виявляється чимось на зразок "родового клейма", виявляється фактом, що не допускає до себе ніякої іншого ставлення крім редукції за допомогою об'єктивної фіксації. У детермінованому світі я зовсім вільний від обставин свого народження в тому, що від них не залежить і абсолютно скований у тому, що хоча б трохи мірою від цих обставин залежить. Але чи проходить ця межа - декартівської грань між мислячим і протяжним - абсолютно чітко? Як, наприклад, бути з біографією, яка, звичайно ж, розгортається в протяжному? Чи можна винести власну біографію і власні вчинки в їх видовженому вимірі за межі власної думки і власної свободи? Обставини мого народження і моя біографія як послідовність подій мого життя вимагають не тільки редукції, а й більш діяльного осмислення. Моя свобода полягає не тільки в тому, щоб скористатися можливостями так, щоб вони співпали з потребами (етика розумного), не тільки в тому, щоб вивільнити свої спонтанності так, щоб вони співпали з детермінованості (етика природного), але і в тому, щоб привести свої віртуальності відповідно до неминучості (етика неминучого). Якщо детермінованість факту мого народження тоді-то і там-то при перекладі на мову логічної необхідності полягає в тому, що всі мої властивості є несуттєвими по відношенню до мене як мислячій суб'єкту, то неминучість події мого народження при перекладі на той ж мова буде означати, що всі мої властивості є суттєвими по відношенню до моєї ідентичності: перед обличчям неминучості відмінність істотного і випадкового саме виявляється випадковим. Можлива альтернатива обставинами мого народження полягає в тому, що я, зберігаючи свою ідентичність в істотному, здобуваю інші випадкові властивості (на кшталт "бути освіченим"). Випадкова альтернатива полягає в тому, що я мислю свого протяжного двійника в іншому можливому світі, зберігаючи при цьому свою ідентичність як трансцендентного світу суб'єкта. Віртуальна альтернатива полягає в тому, що я втрачаю себе без залишку. "Поєднати" віртуальне і неминуча подія, таким чином, означає дуже дивну річ - ще більш дивну, ніж поєднати випадковий і детермінований факт - втративши себе без залишку знайти себе повністю заново, відтворити себе в найдрібніших біографічних подробицях. Але ж втративши себе без залишку, я вже не маю до чого повернутися, не маю ніякого ейдосу, за образом якого я можу себе вибудувати, не маю ніякої старої думки, яка дала б мені новий шанс. Таке відтворення себе всього без залишку виявляється нічим іншим як чистим становленням. Саме на цьому полі - не просто логічно можливого і навіть не випадкового, але віртуального - прокреслює лінію неминучість, розподіляючи єдине Подія на його нескінченно подільні елементи.
5. Синергетика
Всі попередні висновки ми зробили, спробувавши чисто умоглядно помістити зовнішнього спостерігача класичної механіки всередину спостережуваного ним світу. Але ми нічого не сказали про те, чи можлива на цій основі будь-яка наука. У дійсності, спроби побудувати такого роду науку, яку, слідом за Хакеном [5], називають синергетикою, мають місце, починаючи, принаймні, з сімдесятих років нашого століття. Ми не будемо тут намагатися дати абрис нового наукового напрямку, відсилаючи читача до відповідної літератури. Але ми спробуємо вивести для синергетики деякі більш конкретні наслідки з принципів, встановлених в попередній частині статті.
1. Оскільки мова йде про науку, то логіка події, пов'язана з іманентним спостерігачем, про яку йшла мова вище, обов'язково повинна бути якимось чином формалізована, тобто повинна стати логікою у власному розумінні слова - зі своїм полем можливого і своєю лінією необхідного. Те ж саме ми бачили у випадку детермінізму - поле логічно можливого і поле випадкового співвідносяться в класичній механіці як формалізм і його інтерпретація. При побудові імовірнісних моделей фізичних явищ спочатку розглядаються можливі положення речей, а вже потім вони інтерпретуються як випадковості. Те, що камінь, рух якого підпорядковане законам Ньютона, кинутий так-то, впаде там-то, є логічно необхідною істиною. Те, що це означає детерміноване рух каменю, є фізичною інтерпретацією цієї необхідності. Таким чином, якщо ми хочемо побудувати науку з внутрішнім спостерігачем, нам потрібно аналогічним чином співвіднести логічно можливе з віртуальним, а логічно необхідне з неминучим. На перший погляд таке співвідношення можливого і віртуального здається абсолютно неприпустимим: віртуальне мислитися чимось на зразок абсолютної прірви, подолати яку може тільки абсолютна неминучість, тоді як логічна можливість це щось дуже просте, доступне простому перерахунку. Більш того, віртуальність, як ми говорили, це можливість зміни поля можливого. Як же тоді можна співвідносити віртуальне з якимось конкретним полем можливого? Однак цю ситуацію не слід драматизувати. Адже випадок за своїм змістом так само радикально відрізняється від простої логічної можливості, як і віртуальний подія. Можливі світи теж не належать одному логічному полю можливого, тобто не є, строго кажучи, логічно можливими. І, тим не менш, співвіднесення випадкового і логічно можливого не просто продуктивно в суто науковому відношенні, але й нічим не грішить проти вимог розуму. Адже насправді радикальне відмінність між випадковістю і можливістю не тільки не змащується, але, може бути, тільки вперше позначається при тому способі їх співвіднесення, який дає класична механіка. Різниця між формалізмом і фізичним змістом саме радикально. Тому немає жодних підстав забороняти і співвіднесення можливого з віртуальним.
2. Одним із приводів для виходу синергетики за рамки класичної методології є бажання надати класичної випадковості не тільки гносеологічний, а й онтологічний статус. Розглянемо ще раз приклад з киданням каменя. Щоб говорити про закон руху летить каменю потрібно, насправді, кинути не один, про багато каменів (відтворюваність експерименту). Чим менше відрізняються початкові умови киданих каменів (місце, звідки ми їх кидаємо, і вектор початкової швидкості, яку ми їм надаємо), тим ближче один до одного ці камені падають. Це і дозволяє оперативно використовувати такі абстракції як "реальна величина" і "абсолютно точне вимірювання": можна вважати, що кинутий камінь має деякі незалежні від процедури вимірювання початкові характеристики X0 і V0, які при підстановці в відповідне рівняння, що є вираженням закону руху цього каменю , дозволяють обчислити координату X1 падіння каменя. Те, що при цьому обчислене місце падіння каменя відрізняється від реально виміряного, ми пояснимо похибками вимірювання, похибками обчислень і, можливо, наявністю неврахованих факторів. Головне, що при обісцятись можна ситуації можна вважати, що всі більш точні вимірювання мають "реальну величину" в якості межі результатів вимірювань, і ототожнювати цю реальну величину з тієї математичної величиною, яка підставляється в рівняння руху. Розглянемо тепер дуже простий приклад [6]: твердий куля падає на вістрі голки, закріпленої вертикально на поверхні столу. Ніяке збільшення точності вимірювання початкового положення кульки не тільки не дозволяє точно передбачити в який бік від голки відскочить куля, але й не підвищує вірогідність того чи іншого припущення, зробленого з цього приводу. У даному випадку ми не тільки не можемо виміряти "реальний стан" кулі точно, але й не можемо до нього наблизитися настільки, щоб це мало для розв'язуваної задачі якесь значення. Ситуація виявляється не такою безвихідною в тому випадку, коли реальна система здійснює велику кількість виборів подібного роду, так що в ній дійсно реалізуються всі або майже всі можливості. При великій кількості повторних випробувань ми, користуючись міркуваннями симетрії, можемо сказати, що праворуч і ліворуч від голки впаде приблизно однакову кількість куль. При такому підході точне "реальний стан" окремого кулі виявляється суто метафізичним поняттям, які не мають ніякого операціонального сенсу. Але воно, у всякому разі, тут операціонально і не заважає: можна вірити в те, що точне "реальний стан" існує, просто для того, щоб зберегти єдність принципів з детерміністичних описом. Однак припустимо ситуацію, коли падає на голку куля є елементом складної системи, стан якої суттєво залежить від того, чи падає куля ліворуч або праворуч від голки. У цьому випадку говорять, що система зазнає "біфуркацію", тобто з двох можливих, якісно різних шляхів розвитку, обирає один. Численні приклади такого роду можна знайти в кожній книзі із синергетики. З точки зору детермінізму кожен з результатів - при якому куля падає зліва і при якому куля падає праворуч від голки - випадковий тільки остільки, оскільки ми не знаємо в точності початкових характеристик системи. Але, як ми вже говорили, збільшення точності вимірювання початкових умов в даному разі не призводить до більш достовірного прогнозу її подальшого стану. Тому здається природним вважати падіння кулі ліворуч або праворуч від голки випадковим тому ж сенсі, в якому випадкової є траєкторія (світова лінія) всякого тіла. Впав чи кулю праворуч або ліворуч (і, відповідно, чи знаходиться система в першому або другому стані), здається природним вважати такого ж роду фактом, як, наприклад, те, що Місяць рухається по своїй орбіті в ту сторону, в яку вона рухається, а не в протилежну. Звідси і виникає ідея "дати в світі місце випадковості". Однак, насправді, у світі випадковості місця немає, оскільки випадкові світи, а не речі світу. Світ, у якому Місяць рухається в протилежний бік - це інший світ. Зрозуміло, ми можемо розглянути можливість того, що куля впала не з того боку, з якою він насправді впав, але якщо ця можливість залишається в тому ж самому світі, вона не буде випадковою. Якщо не конституювати зовнішнього спостерігача і пов'язаного з ним пучка можливих світів, про пару можливих результатів кидання кулі (падіння ліворуч і праворуч від голки) треба говорити як про серію віртуальних подій, з яких одне виявляється неминучим, а не детермінованим. Таким чином, "внесення у світ випадковості" і "внесення у світ спостерігача" опиняються по суті тісно пов'язаними. Зовнішній спостерігач і пов'язаний з ним пучок можливих, а точніше, випадкових світів утворюють єдине ціле. "Внести" і те і інше в світ (зберігши при цьому реальність світу і не перетворивши його в чисто логічний світ) можна лише радикально переосмисливши самі поняття миру і випадкового. Ніякого цільного світу, "закругленого" зовнішньої позицією спостерігача при цьому не залишається, його місце займає серія неминучих подій. Місце пучка можливих світів займає поле віртуальних подій, не має на відміну від пучка випадкових світів єдиного центру. Місце спостерігача займає, як ми вже сказали, агент або актор, що сам є учасником подій. Місце обчислення випадкового і детермінованого займає обчислення віртуального і неминучого. Таким чином, "включення у світ випадкового" потрібно розуміти лише як неточну метафору.
3. Оскільки спостерігач поміщається всередину світу, він стає вже не тільки спостерігачем, але й дійовою особою світу. Науковий експеримент і спостереження стають при цьому не байдужими для дійсного стану речей, вони самі виявляються подіями світу. Хоча термін "синергетика" був введений Хакеном для позначення феномену узгодженої дії елементів складної системи без керуючого впливу ззовні, він може бути виправданий і в більш широкому сенсі - як позначає взаємодія природи і людини. Наука нового часу в особі Бекона [7] намагається подолати античний розрив між наукою і технікою, коли наука розуміється як абсолютно самодостатнє справу, а її можливі технічні програми як артефакт, що не має до самої науки жодного стосунку. Наука нового часу заздалегідь передбачає технічні втілення, ставить собі за мету "підпорядкування природи". Однак логіка цього підпорядкування будується багато в чому за античним зразком: спочатку потрібно з'ясувати закони природи, перетворити їх у власні можливості, а потім користуватися цими можливостями на свій розсуд, тобто, підпорядковуючи свої дії моральна необхідність (законам волі), які не мають нічого спільного з законами природи [8]. Синергетика в цьому сенсі робить наступний крок. Те, що вона може запропонувати - це не об'єктивний опис світу, а проекти дій. Ці проекти не можуть бути також рецептами або алгоритмами, які виробляють "прикладні" науки, використовуючи результати, отримані у детерміністській "фундаментальної" науці. Детерміністський рецепт характеризується, з одного боку, своєю надійністю, а, з іншого боку, тим, що його можна зовсім не застосовувати. Застосовувати чи не застосовувати деякий рецепт в даній ситуації є питанням практичної моралі, закони якої, як ми вже сказали, не мають нічого спільного з тими законами природи, на основі яких цей рецепт розроблений. По-перше, користуючись метафорою випадкового, можна сказати, що синергетичні проекти є ненадійними, тому що не виключають випадковості. По-друге, якщо спостереження і експеримент виявляються одним із способів взаємодії людини з речами, то намір і волю людини до здійснення певної дії вже не можна протиставити одержуваному за допомогою спостереження і експерименту знання. (Можна сказати, що тут вступає в гру "воля до знання" [9]). Різниця між практичним і теоретичним в синергетики зберігається, оскільки не одне і те ж створити проект "на папері" і реалізувати цей проект. Проте, різниця швидше аналогічно розбіжності теоретичної та експериментальної діяльності всередині самої науки, ніж відмінності теоретичного і практичного в кантівському сенсі слова. І в той же час, реалізація проекту на відміну від постановки експерименту не є етично нейтральному і в рамках детерміністській етики повинна бути інтерпретована як моральний вчинок. Простір теоретичних проектів це середовище віртуальних подій, проектувався на полі логічних і математичних можливостей. Реалізувати теоретичний проект, значить здійснити неминуче. Це, зрозуміло, має не менш важливі наслідки для етики, ніж для епістемології. Ці слідства, проте, не можуть бути предметом обговорення цієї статті. На закінчення, ми хочемо запропонувати короткі формули для детермінізму і синергетики, які, як нам здається, добре відображають як відмінність, так і аналогію між ними. Формула детермінізму: нехай станеться те, що зумовлено (Богом чи людиною). Формула синергетики: хай збудеться те, що неминуче. З порівняння цих двох формул, очевидно, що синергетична неминучість не може бути чимось на зразок природної необхідності, що виводить людину за рамки етичної проблеми. Розуміння неминучості як природної необхідності або детермінованості є наслідком неправильного розуміння простору біфуркації як простору випадкових фактів, тоді як насправді це простір віртуальних подій. Втім, мабуть, неминучість дійсно виключає або, у всякому разі, сильно змінює поняття моральної відповідальності, специфічне для детерміністській етики.
Література:
1. Кант Критика чистого розуму
2. Kripke Naming and Neccesity
3. Лаплас Досвід філософії теорії ймовірності
4. Deleuze Difference et Repetition
5. Хакен Синергетика
6. Хакен Інформація та самооргранізація
7. Бекон Ф. Новий органон
8. Кант Критика практичного розуму
9. Foucault, La volonte de savoir
10. Ньютон Математичні начала натуральної філософії (М1989)
Синергетичний ВИКЛИК КУЛЬТУРІ
1. Міждисциплінарний синтез знання Синергетика, маючи спочатку природничо основу (нелінійний аналіз, теорію детермінованого хаосу, теорію дисипативних структур, фрактальну геометрію природи, моделювання швидкоплинних процесів blow up), нині все більш гуманітарізіруется. Вона поступово стає людиновимірна областю знання. Виявляється плідність її застосування в розумінні феномена людини і людської культури, в розгадуванні таємниць людської свідомості та психіки.
Завдяки недавнім результатами в області синергетики (або теорії самоорганізації) починають встановлювати внутрішні зв'язки між природними і гуманітарними науками, східним і західним світосприйняття, новою наукою (наукою про складність, нелінійності і хаосі) і старою культурою, наукою і мистецтвом, наукою і філософією. Синергетика має інтегративну або синтетичну цінність.
Існують досить вагомі підстави вважати, що синергетика може служити основою для міждисциплінарного синтезу знання. Синергетика міждисциплінарна за своєю власною природою, оскільки вона орієнтована на пошук універсальних патернів еволюції і самоорганізації відкритих нелінійних систем будь-якого роду, незалежно від конкретної природи їх елементів або підсистем. Поняття самоорганізації, хаосу і порядку, нелінійності починають широко використовуватися як у природних, так і в гуманітарних науках. Теорія самоорганізації активно розробляється в даний час в різних країнах у ряді наукових шкіл у найрізноманітніших аспектах (І. Пригожин, Г. Хакен, Ф. Варела, Е. Ласло, К. Майнцер, Б. Мандельброт, Е. Моран і ін) .
Синергетика є однією із сучасних дослідницьких програм, програмою міждисциплінарних, або трансдисциплінарних, досліджень. Судячи з усього, саме ця галузь знання ініціює глибокі зміни у методологічних підставах сучасної науки, у філософському погляді на світ, в самому стилі наукового мислення. Сьогодні формується якийсь новий нетрадиційний погляд на світ - синергетичне бачення світу.
У зв'язку з інтенсивним розвитком синергетики відбувається радикальна зміна парадигми, "переключення гештальта", зміни в усій концептуальної сітці мислення. Відбувається перехід від категорій буття до події, події; від існування до становлення, співіснування в складних еволюціонують структурах старого і нового; від уявлень про стабільність і сталий розвиток до уявлень про нестабільність і метастабільності, оберігається і самопідтримується розвитку (sustainable development and sustainability); від образів порядку до образів хаосу, що генерує нові впорядковані структури; від самоподдерживающихся систем до швидкої еволюції через нелінійну позитивний зворотний зв'язок; від еволюції до коеволюції, взаємозалежної еволюції складних систем; від незалежності і відособленості до зв'язності, когерентності автономного; від розмірності до пропорційності, фрактальному самоподібності утворень і структур світу. Зрозуміло, мова йде не про зникнення колишніх категорій, а про зміщення фокусу уваги. У новій - синергетичної - картині світу акцент падає на становлення, коеволюцію, когерентність, кооперативность елементів світу.
Синергетика як нова парадигма, таким чином, викликає зміни у фахових епістемологічних засобах (способах постановки проблем та наукового дослідження), в концептуальному арсеналі, у використовуваних моделях, в цілях і установках наукового пошуку. Синергетика може служити підставою для прийняття ефективних рішень в умовах нестабільності, нелінійності та відкритості майбутнього.
Завдяки своєму міждисциплінарного характеру, теорія самоорганізації (синергетика) може розглядатися також як вихідне підставу для крос-дисциплінарної, крос-професійної та крос-культурної комунікації. Володіння синергетичним знанням або, принаймні, синергетичним стилем мислення може бути платформою для відкритого творчого діалогу між вченими, мислителями, діячами мистецтва, що мають різні творчі установки і погляди на світ.
2. Деякі парадоксальні слідства синергетики
Безліч нових парадоксальних ідей, образів і уявлень виникає в синергетики. Крім того, з точки зору синергетики може бути розглянуто абсолютно по-новому цілий ряд традиційних понять.
Перше. Вивчаються механізми локалізації швидких еволюційних процесів в складних системах (на відкритих нелінійних середовищах). Структура (або організація) розглядається тут не як щось стаціонарне, а як процес, локалізований у певній галузі безперервної Середовища. Цей процес має певну геометричну форму і здатний якось розвиватися, реконструюватися, переміщатися по середовищу. Іншими словами, структура є пляма організації, блукаюче по середовищу.
Відкрита нелінійна середу покриває себе плямами організації. Парадоксально, що тепло (горіння) може підтримувати себе у формі певних структур, у формі "кристала тепла" ("кристала горіння"). Цей феномен вивчений науковою школою академіка РАН А. А. Самарського та члена-кореспондента РАН С. П. Курдюмова і названий феноменом інерції тепла.
Вдалося встановити механізми формування структур-процесів у відкритих нелінійних середовищах. У результаті вивчення щодо простих математичних і обчислювальних (комп'ютерних) моделей отриманий результат фундаментальної важливості: безперервна нелінійна середу потенційно містить у собі різні типи локалізації процесів (різні типи структур). Середовище виступає в якості носія різних форм майбутньої організації, як поле можливих шляхів еволюції.
Друге. Змінюється уявлення про майбутнє. Майбутні стану складних систем вислизають від нашого контролю і передбачення. Майбутнє відкрито, воно неоднозначно. Але в той же час в нелінійному середовищі прихований, предсуществующей як непроявлене спектр "цілей" розвитку, майбутніх можливих структур. Не будь-який довільний шлях еволюції реалізуємо на даному середовищі, але тільки певний набір еволюційних шляхів. І цей спектр "цілей", структур-атракторів еволюції визначається виключно внутрішніми, власними властивостями відкритої нелінійної середовища життє. Таким чином, майбутнє відкрито у вигляді спектру преддетермінірованних можливостей.
Третє. У синергетики виникає одне з найбільш парадоксальних уявлень - уявлення про вплив майбутнього, або кінцевої причинності. Майбутнє преддетермінірует сьогодення, структури-атрактори детермінують перебіг історичних подій. Майбутнє впливає зараз, в деякому сенсі воно існує в сьогоденні.
Структури-атрактори як майбутні стани предданной, предзадан (властивостями даної нелінійного середовища). Вони існують "as a ready-made". Патерни самоорганізації і еволюції є в наявності до самих процесів еволюції. Patterns are before processes. Аттрактори виглядають як "пам'ять про майбутнє", як "спогад майбутньої активності". Всі впливу, спроби побудувати організацію, які виходять за межі області тяжіння ("конуса" аттрактора), виявляються марними. Все, що не відповідає структурам-аттрактора, буде змито, знищено дисипативними процесами.
Наприклад, людина може прагнути діяти проти тих сил, які "тягнуть його" з майбутнього, діяти всупереч своїм неусвідомленим установкам. Але всі спроби такого роду приречені на провал.
Четверте. Хаос - це не зло, а "сила", що виводить на структури-атрактори еволюції, а також спосіб синхронізації темпів розвитку підструктур усередині складної структури.
У світі повинна бути певна частка хаосу, руйнування Хаос, флуктуації на мікрорівні грають істотну роль у визначенні готівкових тенденцій, "цілей" процесів на макрорівні. Хаос постає як механізму виходу на структури-атрактори еволюції. Макроорганізація будується завдяки безладу, хаосу на мікрорівні. Добро і зло, порядок і хаос, організація і дезорганізація - все в світі врівноважено. Стало бути, безглуздо боротися проти хаосу, прагнути повністю витіснити негативні, деструктивні елементи зі світу.
П'яте. Не може бути різкого зростання без загрози падіння і руйнування.
Існують деякі закони ритму, властиві як живий, так і неживої природи, закони періодичної зміни станів: підйом - спад - стагнація - підвищення і т.д. Тільки підкоряючись цим "ритмам життя", режимам коливань, складні системи можуть підтримувати свою цілісність і динамічно розвиватися. Цей механізм саморуху, автоосцілляцій глибоко аналогічний східному образу інь-ян. Інь - це повна потенційність і спрямованість, це, так би мовити, підсвідомість, щось невербалізованное і непроявлене. Ян - це реалізоване, вербалізовані, проявлену.
Згідно з нашими синергетичним моделям, періодична зміна HS-і LS-режимів з загостренням, яка можлива для відкритих середовищ із сильною нелінійністю, може розглядатися в якості математичної аналогією зміни інь-ян, чергування двох додаткових елементів світу. HS-режим - це режим "необмежено розбігаються хвилі", коли немає локалізації, і всі структури, неоднорідності розмиваються. LS-режим з загостренням - це режим "Збігай хвилі горіння", режим локалізації та інтенсивного зростання процесів в більш-менш вузької області близько максимуму.
Шосте. Синергетика вводить нові принципи об'єднання простих структур у складні, принципи еволюційного холізму. Об'єднання "різновікових", що розвиваються в різному темпі структур відбувається через синхронізацію їх темпу життя, швидкості розвитку. Синтез простих структур в одну складну здійснюється за допомогою встановлення загального темпу їхньої еволюції. У результаті об'єднання структури потрапляють в один темпомір, починають розвиватися з однією швидкістю.
Сьоме. Завдання моделювання і передбачення розвитку складної системи є по суті завданням визначення можливих шляхів розвитку, спектру структур-атракторів еволюції відкритих нелінійних систем. Виходить, що управляє вплив має бути не енергетично потужним, а правильно топологічно організованим. Чи не вкладається енергія, не інтенсивність впливу, а його топологічна конфігурація, симетрична "архітектура" найбільш істотні. Слабкі, але правильно організовані - так звані резонансні - впливи на складні системи надзвичайно ефективні. Складні організації виявляються селективно топологічно чутливими. Вони демонструють несподівано сильні відповідні реакції на релевантні їх внутрішньої організації, резонансні обурення.
3. На шляху до синергетики з людським обличчям
Сьогодні ми знаходимося на шляху до синергетики або гомосінергетіке. Ми намагаємося побудувати, якщо можна так висловитися, синергетику з людським обличчям. Ми рухаємося до синергетики, яка вміє підходити і знає як підходити до людської культури, до розуміння феномену людини у всіх його різноманітних проявах, до розкриття таємниць людського художньої і наукової творчості, пізнання, здоров'я, освіти, комунікації, вбудовування людини в найближчу і більш віддалену соціальну і культурне середовище.
На шляху до гуманітарної, людської синергетики виникає ряд метафоричних уявлень, думок-образів. Патерни самоорганізації та геометрії людської поведінки; фрактальні малюнки історичних подій; ментальні (або соціокультурні) ландшафти, в яких всебічно представлено вчора-сьогодні-завтра; ситуації "тут і тепер" як такі місця, де зустрічаються невідоме минуле і раптово виникає майбутнє; когнітивні карти особистості; картини "згущення" "розрідження" культурних інновацій - ці візуальні образи, навіяні синергетикою, здатні стати точками росту гуманітарного знання.
Отже, синергетика додається і застосовується до розуміння найрізноманітніших явищ природи та світу людини. Синергетика намагається виступати в самих різних модифікаціях, більш-менш віддалених додатках. Сама синергетична система знання розвивається завдяки і через "синергетичний підхід до .."
Синергетика може розглядатися як позитивна евристика, як метод експериментування з реальністю. Це - не інструмент, що дає предзаданную результати, а двері, відкрита в ... реальність природне або людську і чекає відповідей від самої цієї реальності. Варто спробувати, підійти до світу синергетично, проінтерпретувати або переінтерпретіровать феномени або події з синергетичної точки зору і подивитися, що вийде. Синергетика стає способом не просто відкриття, а й створення реальності, способом побачити світ по-іншому і активно вбудуватися в цей світ. Вона дає можливість розглянути старі проблеми у новому світлі, переформулювати питання, перереконструіровать проблемне поле науки.
Я виступаю за експериментальну, або "веселої", синергетику, яка може будуватися на солідному фундаменті математичних аналітичних розрахунків і комп'ютерного моделювання процесів у відкритих нелінійних середовищах. Мова йде про вільне оперуванні отриманим знанням і спробах евристичного докладання цього знання до самих різних областей. Синергетика можлива не тільки як строга наука, але і як засіб експериментування, ігри з реальністю.
Парадигма самоорганізації, або, з моєї точки зору, синергетична парадигма, тягне за собою, як показують І. Пригожин та І. Стенгерс, новий діалог людини з природою. Вона призводить також до нового діалогу людини з самим собою і з іншими людьми. Нелінійна ситуація, ситуація біфуркації шляхів еволюції чи стан нестійкості нелінійного середовища, чутливості її до малих впливів, пов'язана з невизначеністю і можливістю вибору. Здійснюючи вибір подальшого шляху, суб'єкт орієнтується на один з власних, визначених внутрішніми властивостями середовища шляхів еволюції і разом з тим на свої ціннісні переваги. Він вибирає найбільш сприятливий для себе шлях, який в той же час є одним з реалізованих в даному середовищі шляхів. Синергетику тому можна розглядати як оптимістичний спосіб опанування нелінійної ситуацією.
Синергетика взагалі нерозривно пов'язана з оптимізмом. У сучасній ситуації прискореного і нестабільного розвитку світу синергетика має мажорне звучання. Це - оптимістична спроба зрозуміти принципи еволюції і коеволюції складних систем, розкрити причини еволюційних криз, нестабільності і хаосу, оволодіти методами нелінійного управління складними системами, що знаходяться в стані нестійкості.
Головна проблема полягає в тому, як керувати, не керуючи, як малим резонансним впливом підштовхнути систему на один з власних та сприятливих для суб'єкта шляхів розвитку, як забезпечити самокероване і самопідтримується розвиток. Проблема також у тому, як долати хаос, його не долаючи, а роблячи його симпатичним, творчим, перетворюючи його в поле, що народжує іскри інновацій.
Зруйнувати йде у сиву давнину стереотип страху перед хаосом, побачити красу і конструктивність хаосу - це tour de force, справжній подвиг синергетики. Мале та хаотичний прекрасні, бо відкривають можливість народження нового. Краса з синергетичної точки зору може бути розглянута як певний проміжний феномен між хаосом і порядком. Краса - це не повна симетрія, а деяке порушення симетрії (порядку).
Синергетика дозволяє зрозуміти руйнування як креативний принцип, а "пристрасть до руйнації як творчу пристрасть", про що писав М. Бакунін, бо тільки звільнившись від колишнього, повернувши процеси у зворотний бік, на протилежний режим, на уламках старого може бути створено щось на привертає увагу нове.
Нелінійна (синергетична) ситуація - це ситуація гри з реальністю. Це - такий собі тип фізичного експерименту, або ж ментальної або екзистенціальної гри, блукання по полю багатоваріантних шляхів у майбутнє. У цій еволюційної грі ніщо не визначено, крім самих загальних правил цієї гри. Ці правила носять характер еволюційних заборон, що накладаються на деякі невластиві складній системі (середовищі) шляхи еволюції.
Не суб'єкт дає рецепти та керує нелінійною ситуацією, а сама нелінійна ситуація, будь то природна ситуація, ситуація спілкування з іншою людиною або з самим собою, як-то дозволяється й у тому числі будує самого суб'єкта. Нелінійне, творче ставлення до світу, яким чином, означає відкриття можливості зробити себе твореним. Дозволити нелінійної ситуації чи іншій людині впливати на себе. Будувати себе від іншого. Схожий принцип знаходимо в поетичному державі Поля Валері: "Творець - це той, хто творимо".
Занурення в синергетику і намір її використовувати як "позитивну евристику" пов'язане, отже, з розвитком ігрового свідомості. Синергетично мисляча людина - це homo ludens, людина граючий.
Синергетика виступає в такому випадку як якийсь тип інтелектуальної йоги. Даючи рецепти оволодіння складним, вона руйнує сам "рецепт", сам колишній спосіб рецептообразованія. Вона все робить гнучким, нежорстким, відкритим, багатозначним. Синергетична дія - це дія поволі, виходячи з власних форм освіти, власних сил, здібностей, потенцій. Це - стимулюючу дію.
Синергетичний підхід до людини - це новий підхід до здоров'я людини, індивідуальним або колективним (соціотерапія). Відкриваючи принципи складання складного через просте, синергетика будує новий холізм. Синергетичний підхід до людини - це холістичний підхід. Якщо мова йде про здоров'я, то це гештальттерапия. Лікування знаходить метафоричний образ "нового відкриття себе", "повернення до самого себе". Говорячи про основи майбутньої холістичної медицини, Ф. Капра зазначає: "Доктор повинен буде поважати здатність тіла до самозцілення і не намагатися панувати над процесом зцілення".
Лікування та лікування постає як "синергетичне пригода" людини, при якому в самій людині виявляються приховані установки (структури-атрактори) на сприятливе і здорове майбутнє. Воно є прояв власних підтримують людини шляхів і внутрішніх сил наслідувати цими шляхами. З позиції синергетики можливе обговорення питань про те, здорово чи бути хаотичним, які причини ефективності малих (припустимо, гомеопатичних або акупунктурних) впливів, чи можна бути психічно здоровим при соматичної хвороби і навпаки, може бути здоровим індивід, якщо "нездорово" суспільство, соціальне середовище її проживання й навпаки.
Синергетичний підхід до освіти (синергетика освіти) може бути охарактеризований аналогічним чином як гештальтобразованіе. Процедура навчання, спосіб зв'язку навчаного і повчального, учня і вчителя - це не перекладання знань з однієї голови в іншу, не мовлення, освіта і піднесенню готових істин. Це - нелінійна ситуація відкритого діалогу, прямого і зворотного зв'язку, солідарістіческого освітнього пригоди, влучення (в результаті розв'язання проблемних ситуацій) в один узгоджений темпомір. Це - ситуація пробудження власних сил і здібностей учня, ініціювання його на один з власних шляхів розвитку. Гештальтобразованіе - це стимулююча, або пробуджуюче, освіта, відкриття себе або співробітництво з самим собою і іншими людьми.
Хтось мудро сказав, що освіта - це те, що пам'ятаєш, коли вже все забув. Це у вищій мірі відноситься до синергетичного утворення і до утворення через синергетику. Знання не просто накладається на структури особистості або, тим більше, нав'язується їм. Синергетична освіта діє приховано. Це - освіта, стимулюючу на власні, може бути ще невиявлені, приховані, лінії розвитку. Як я прагнула показати, це - спосіб відкривання реальності, пошуку шляхів у майбутнє.
4. Почала синергетики пізнання
Мною була зроблена спроба виявити евристичне значення синергетичної моделі еволюції і самоорганізації складних систем для епістемологічних досліджень. Синергетика виявляє широкі перспективи застосування в розумінні таких проблем людського мислення і творчості, як характер сучасної інформаційної революції, креативні здібності людини, функціонування його творчої інтуїції і продуктивної уяви, історичний хід розвитку науки і культури.
Синергетичний підхід до розуміння еволюції наукового знання і креативності людини (синергетика пізнання) потрапляє в рамки еволюційної епістемології. Синергетика пізнання - це синергетика другого порядку (синергетика II) стосовно до синергетики як галузі дослідження механізмів еволюції і самоорганізації взагалі (синергетика I).
"Якщо спробувати оглянути сукупне знання людства, то воно постає для його" мешканців "у вигляді Вавилонської вежі з такою складною і розвинутою ієрархією, що вся система постійно рухається на межі розвалу і саморуйнування", - малює метафоричну картину Е. Езер, один з відомих фахівців в області еволюційної епістемології.
Складний, неоднозначний і заплутаний історичний хід руху розуму, що пізнає виглядає як побудова "Вавилонської вежі" знання. Будучи породженням людського розуму, ідеї, теорії, моделі - цей третій світ Поппера - починає своє власне життя, набуває власну історію, яка породжує складність, що перевершує спочатку створене людиною. І подібно до того, як у біблійному міфі про будівництво "Вавилонської вежі" відбулося змішання мов, в історичному перебігу наукового знання має місце змішання, синкретично переплетення почав організованого і самоорганізованого, свідомого, навмисного і неусвідомленого, стихійного, передбачуваного і непередбачуваного. У цьому когнітивному русі змішується та й немає, істина і оману, наука і міф, наука і псевдонаука, розум як tabula rasa і забобон.
Постає питання про саму застосовності синергетики до розуміння людських когнітивних процесів. Синергетика застосовна, бо орієнтована на розкриття універсальних механізмів самоорганізації та еволюції складних систем, систем будь-якого типу, як природних, так і людиновимірна. Синергетика встановлює містки між мертвою і живою природою, між целеподобностью поведінки природних систем і розумністю людини, між процесом народження нового у природі, "творчістю природи" і креативністю людини.
Можуть бути висунуті три аргументи на захист самої можливості синергетичного підходу до еволюції наукового знання і уявлень культури. Це, - по-перше, очевидна роль кооперативних, когерентних ефектів у науці і культурі, по-друге, плідність структуралістського підходу і, по-третє, тривала апробація і цінність інформаційного підходу до науки і культури.
Такі риси креативного мислення як наявність альтернатив, сценаріїв розгортання думок, різноманітність кроків ментальних рухів можуть бути розглянуті з точки зору синергетики. Альтернативи, плюралізм, перегляд різних варіантів як аналог хаосу в когнітивної області відіграють позитивну, стимулюючу роль у творчому мисленні. На початковому етапі роботи творчої інтуїції, ймовірно, має місце максимальне розширення креативного поля, охоплення максимально можливого різноманітності елементів знання. При цьому урівноваження головного і неголовне, істотного і несуттєвого, тобто радикальна переоцінка пізнавальних цінностей перед обличчям творчої мети, усвідомлюваної більшою чи меншою мірою, є основою продуктивного вибору ідеї. Первісне бродіння по метального міцелію служить підготовкою до інноваційного стрибка думок.
Механізм творчого мислення, "роботи" інтуїції може бути розглянуто як механізм самоорганізації, самодостраіванія візуальних і уявних образів, ідей і уявлень. Механізм самодостраіванія включає в себе, по-перше, спрямованість на що виникає ціле. Установка (план, основна ідея чи образ) виконують роль дороговказною нитки пошуку.
По-друге, на базі збільшення різноманітності, переоцінки пізнавальних цінностей відбувається відбір, відсікання "непотрібного". Сенс прихованих установок якраз селективний, фільтруючий. Механізм творчого мислення - це не випадковий перебір варіантів, а вибір головного, щоб організувати ціле. Самоорганізація здійснюється навколо цього ключової ланки. Інтелектуальне і словесне творчість пов'язана з безжалісним відкиданням, нещадним знищенням багато чого з того, що незадовго до цього було допущено як когнітивний аналог хаосу.
По-третє, механізм самоорганізації в творчому мисленні може бути представлений як механізм заповнення відсутніх ланок, самодостраіванія, самозбірки цілісного образу. Відбувається не просто "інсайтная перебудова", миттєва організація цілісної структури, як це вважають гештальтпсихологи. Згідно синергетичної моделі, творче мислення є самовирастаніе цілого з частин у результаті самоусложнепнія цих частин. Потік думок і образів в силу своїх власних потенцій вибудовує себе.
По-четверте, наукове відкриття може бути інтерпретовано як реорганізація проблемного поля (поля питань), як кристалізація знання, вихід на структуру. Причому в науковій творчості, як правило, має місце ціла серія кристалізації.
Синергетична бачення історичного розвитку науки і культури складається з уявлень про принципову нелінійності і циклічний характер розвитку, нерівномірності темпів розвитку і чергуванні періодів "згущення інновацій" ("сплеску талановитості") і "розрідження інновацій" у науці й культурі, інерції парадигмального свідомості і цінності маргінальних і архаїчних елементів в науці і культурі.
З позиції синергетики наукові революції можна тлумачити як "точки біфуркації" розвитку науки і культури. Наукові революції пов'язані з вибором між альтернативами і з поворотом, докорінною зміною в науковій картині світу. У передреволюційний, критичний період, як правило, відбувається "розмноження" науковий напрямків і шкіл, тобто переважають дивергентні тенденції. І саме ця різноманітність підходів, концепцій та інтерпретацій конструктивно для вибору в "точках біфуркації" власних стійких тенденцій розвитку систем наукового знання. Зростання альтернативних наукових шкіл перед науковою революцією як би заздалегідь готує системи знання до багатоваріантності майбутнього.
Після наукової революції, в період "нормальної науки", навпаки, йде формування потужного парадигмального течії, тобто починають виявлятися тенденції конвергенції.
Зазначимо одне з найбільш дивних наслідків синергетичного бачення розвитку науки і культури синергетика показує нам, що ми повинні змінити своє ставлення до маргінальних лініях розвитку науки і культури, до так званих "глухого кута" розвитку і навіть до архаїчних елементів. За аналогією з буддійським чином свідомості-скарбниці можна запропонувати образ науки-скарбниці, науки, в якій не зникають, а залишаються як незнищенний фон релікти що пішли в далеке минуле епох.
М. М. Бахтін якось зробив зауваження, що культура розташовується на кордонах. Межі, побічні лінії, маргіналії культури - це, може бути, в деякому відношенні більш цінне і цікаве, ніж загальноприйняте і загальнопоширене в культурі. Синергетична бачення культури, яке стирає різкі часові та просторові відмінності, зближується тут з постструктуралізмом і постмодернізмом, які намагаються надати статус "тут і тепер" всьому пішов, напівзабуте, втраченим.
Результати сучасних досліджень в області еволюційної епістемології йдуть в даному випадку в одному руслі з синергетичним уявленнями. Еволюційно-епістемологічний погляд на історію пізнання дозволяє пояснити ряд фундаментальних "оман" колективного людського розуму в історії науки, наприклад двотисячолітньої (з деякими змінами) існування фізики Аристотеля.
Для цього вводиться поняття мезокосму - когнітивного вікна, яке відкривається перед людиною, обтяженим своєю біологічною природою. Мезокосму - "когнітивна ніша людини". А фізика Аристотеля, видозмінена Ж. Буриданом в середні століття, - це правильна мезокосміческая фізика, це інтуїтивна фізика, неусвідомлено використовується і сучасною людиною.
Забобони класичної науки і більш ранніх етапів розвитку науки живуть в сучасну людину. З-за свого мезокосміческого та еволюційного походження вони важко переборні. Людина не може вистрибнути зі своєї мезокосміческой природи, і продукти його іннтеллектуального праці носять печатку цієї його мезокосміческой обмеженості.
Синергетичної погляд на науку дозволяє переінтерпретіровать і феномен інерції парадигмального свідомості в науці. Процес становлення нової наукової парадигми пов'язаний зі своєрідними когерентними, кооперативними ефектами в науці. Але виникнувши за спільною згодою і як ефект вільного вибору кожного, парадигмальний знання, а також випливають з нього колективні патерни мислення і діяльності, стають тими "параметрами порядку", які поневолюють кожного вченого-дослідника, а особливо тих, хто тільки вступає в наукову діяльність (принцип "поневолення" ввів в синергетику Г. Хакен).
Наукове співтовариство досить консервативно, насторожено налаштований по відношенню до інновацій.
Можна говорити, мабуть, про феномен інерції парадигмального свідомості в науці. Інерція - це своєрідний імунітет науки як організму, як цілісної системи. Це - прагнення зберегти існуючі структури знання, спрямованість і схеми науково-дослідної роботи. Це - відторгнення всього чужого, невластивого для організму науки. Нове, як правило, по початку сприймається охоронцями чистоти парадигмального знання як непростиме інакомислення. З затвердженням нової системи знання воно починає вітатися і розповсюджуватися. Остання стадія власної еволюції наукових ідей - це стадія інволюції ідеї, її жорсткою кристалізації, догматизації.
Підсумовуємо, що нового вносить синергетичний підхід у порівнянні з близькими до нього і більш розвиненими теоретико-інформаційним та структуралістських підходами до аналізу еволюції наукового знання і феноменів культури. Специфіка синергетичного підходу - у дослідженні - механізмів становлення когерентності, зв'язності подій, виникнення загальноприйнятих зразків когнітивного поведінки і мислення (бо наука являє собою колективне підприємство, в якому виявляють себе кооперативні, корпоративні ефекти, подібні формування колективної думки в тій чи іншій суспільній групі);
- Ролі аналогів хаосу, різноманітності елементів знання і досвіду, випробування ряду ментальних альтернатив для сталого та продуктивного функціонування когнітивних систем;
- Швидких процесів росту наукового знання та наукової інформації, режимів з загостренням (blow-up regimes), а також зміни двох взаємодоповнюючі режимів на науковому середовищі - швидкого розвитку та локалізації процесів, з одного боку, і уповільнення, спаду активності та "розтікання" - з іншого;
- Співвідношення елементів преддетермінаціі та відкритості еволюційних процесів, пов'язаних з подією випадання на структуру-атрактор як одну із спектру можливих структур знання, з вибором подальшого шляху еволюції на поле великого, але обмеженого, спектру можливостей;
- Конструктивних механізмів коеволюції складних, ієрархічно організованих і "різновікових" структур індивідуальної свідомості, знання та колективної когнітивної діяльності (системи свідомості-підсвідомості вченого; наукових шкіл, як правило, охоплюють кілька поколінь учених;
- Науки як складної системи, що включає в себе шар інтуїтивного знання, скажімо, інтуїтивні уявлення про рух сучасної людини, близькі до фізики Аристотеля, народну науку, інституалізувати науку і неукладивающійся на сьогодні в рамки встановленого і зрозумілого шар паранормального знання - паранаук);
- Можливості ефективного управління нелінійними системами свідомості і знання за допомогою топологічно правильно організованих, так званих резонансних, впливів.
5. "Дитинство науки" та дитячу свідомість з точки зору синергетики
З синергетичної точки зору можуть бути проаналізовані образи свідомості у філогенезі та онтогенезі людини, уявлення "дитинства науки і культури" (первісної свідомості) і образи дитячої свідомості. Як для архаїчного, так і для дитячої свідомості характерні образи дерева пізнання і пошуку, образи мандали, циклічності, повернень до минулого, до скарбниці свідомості, а також синкретичність просторових і часових уявлень.
Образи "дерева пізнання" показують наявність інтуїтивного почуття (і у давньої людини, і в дитини) про плідність різноманітності, елементів хаосу для належної мірооріентаціі. Причому плюралізм життєвих і когнітивних шляхів означає не тільки розгортання можливостей, але і їх згортання, не тільки елементи дивергенції у творчості, пізнанні, життєвої практики, але й елементи конвергенції в них.
Динамічність розвитку підтримується, з синергетичної точки зору, тільки за рахунок чергування двох взаємодоповнюючі режимів зростання інтенсивності процесів та їх спаду, стікання на центральне традиційне ядро процесів і розтікання від нього, тільки за рахунок часткових повернень до старого, до традиції, до "прасреде" свідомості , що інтуїтивно відображається в стійко повторюваних образах мандали. Виходить, що "минуле ще попереду", як одного разу висловилася М. Цвєтаєва. Подібним чином Р. М. Рільке відзначає, що "буде приховано багато що і надалі, щоб наші завтрашні дали ми самі в собі сьогодні знаходили". Аттрактори розвитку як майбутні стани предданной. Вони постають як "пам'ять про майбутнє", "спогад майбутнього".
У дитячому і в архаїчному свідомості є глибокий зв'язок між просторовими і тимчасовими уявленнями. Просторові і часові характеристики, виявляється, тут взаімооборачіваеми. Має місце опространствованіе часу або овремененіе простору. В архаїчному мисленні і мові, як показує Л.Леви-Брюль, "бути тут", "бути в тому, чи іншому місці" означає в той же час "бути в той чи інший момент". "Взагалі, все, що відноситься до часу, виражається тут словами, які застосовувалися раніше до просторових відносин". Це корелює з синергетичним уявленнями про структури-атракторах еволюції, в яких простір і час не вільні, але пов'язані один з одним. Остання обставина дає можливість "вичитувати" минуле і майбутнє структури із сьогоднішньої картини еволюційних процесів у різних просторових фрагментах цієї структури. Виявляється, можна не моделювати майбутнє, а побачити майбутню картину процесу сьогодні. Можна не відновлювати "по крихтах" минуле, а знайти його в цілісності в сьогоденні.
6. Синергетика як позитивна евристика: як далеко ми можемо йти?
У попередніх розділах я намагалася продемонструвати широкі евристичні можливості синергетики, плідність її застосування в різних областях природною та гуманітарної науки.
Претензії синергетики на універсальність і на якийсь рід позитивної евристики народжують цілий спектр людських емоцій і раціональних відносин - від непідробного інтересу або простої цікавості до явного сумніви або навіть роздратування. Це змушує нас повертатися до найбільш глибоким питань. Наскільки виправдані синергетичні інтенції виявити універсальні патерни еволюції? Як можливо синергетичне бачення світу? Як можлива трансдисциплінарних або крос-професійна комунікація на основі синергетики? Адже відомо, що теорія, яка пояснює все, не пояснює нічого. Вольфганг Паулі якось зауважив, що встановив для себе емпіричне правило: якщо теоретик каже "універсальне", це означає порожню нісенітницю.
Сьогодні, коли проходить хвиля першого захопленого відносини до синергетики, а також і її активного несприйняття або простого заперечення, стає очевидним, що можливості синергетики як позитивної евристики досить фундована. Синергетика має достатньо сформоване "тверде ядро" у вигляді виявлених і природничо описаних механізмів еволюції складних систем. Деякі результати, з яких ми виводимо мівоззренческіе слідства, доведені в формі математичних теорем.
Варто згадати також про те, що "тверде ядро" нової теорії самоорганізації становлять також два фундаментальних відкриття: відкриття дивних атракторів і відкриття режимів з загостренням (blow-up regimes). Обидва ці відкриття мають велике філософське значення. Саме вони створюють можливість побудови мосту між синергетикою, що має витоки головним чином у природознавстві (в нелінійному аналізі, нерівноважної теормодінаміке, теорії хаосу, фрактальної геометрії), і гуманітарними науками (когнітологія, епістемологією, культурологією, соціологією, демографією, економікою).
Наявність дивних, або хаотичних атракторів - один з фундаментальних фактів в теорії самоорганізації. До теперішнього часу дивні атрактори виявлені в самих різних фрагментах світу природи і людини, починаючи з метеорології і закінчуючи нейрофізіологією, дослідженнями активності людського мозку. Дивні атрактори показують нам межі передбачуваності еволюційних процесів та наявність областей їх принципової непередбачуваності. Це означає розуміння ймовірного, стохастичного поведінки складних динамічних систем, яке обумовлено не обмеженістю наших дослідницьких можливостей, а самою природою цих систем.
Інший фундаментальний факт - це закон зростання народонаселення Землі. Ми звикли вважати, що процеси швидкого зростання, такі як зростання населення, "економічне диво" або інформаційний вибух, відбуваються згідно експоненціальним законом. Насправді, це - один із міфів класичної науки.
Більшість процесів лавиноподібного зростання протікають набагато швидше, в режимі з загостренням, коли характерні величини необмежено зростають за кінцевий проміжок часу.
Режими з загостренням досліджуються в даний час у фізиці плазми, метеорології, екології (наприклад, ріст і вимирання біологічних популяцій), нейрофізіології (моделювання поширення сигналів по нейронних мереж). Ті ж самі режими з загостренням мають місце в соціальному і культурному розвитку. Зростання наукової інформації і зростання населення Землі підпорядковуються гіперболічному закону, тобто ці процеси протікають в режимі з загостренням.
Завдяки міждисциплінарного характеру цих фундаментальних відкриттів, синергетика відкриває можливості для нового діалогу між натуралістами і гуманітаріями. Синергетика робить кроки в напрямку синтезу природних і гуманітарних наук, у напрямку універсального знання.
Разом з тим синергетика повинна бути досить скромною і зваженої у своїх претензіях, з тим щоб не створювати невиправданих надій, з одного боку, стриманості, побоювань або відкритого і непримиренного скептицизму - з іншого. Синергетика, зрозуміло, не в праві претендувати на пояснення і переінтерпретацію всього і вся в человекознаніі. Вона відкриває лише незвичайний ракурс розгляду феномена людини та історичного руху культури. Це - ракурс еволюційності, когерентності, спонтанності, нелінійності людської поведінки. З позиції синергетики можливий свіжий погляд на вже давно відомі феномени людської культури.
Вузькопрофесійному орієнтовані вчені (скажімо, біологи, культурологи, історики), як правило, не бачать необхідності у використанні додаткового "концептуального каркасу", в даному випадку - нового синергетичного мови. Ці вчені оперують своєї добре відомою і досить глибоко розробленою термінологією, будь то термінологія біологічна або культурологічна. І щоб переконати їх звернути увагу на нову перспективну область міждисциплінарних досліджень, потрібно досить витончена аргументація. Можна лише показувати плідність застосування синергетики, але не нав'язувати синергетичне знання іншим ученим. Взагалі бачити не тільки можливості і перспективи, але і можливі межі (обмеження) розвивається підходу - у цьому полягає науковість дослідження.
Хочеться сподіватися, що синергетика зможе прокладати собі шлях у майбутнє лише синергетичним, не насильницькими, а стимулюючими відкривати нове методами. Як висловився в одному зі своїх виступів на Форумі В. В. Поремскій, синергетика не вчить бути добрим, вона випромінює добро.
Синергетика також не вчить бути мудрим, вона і є еволюційна мудрість.
Синергетика - це мудрість м'якого управління, управління через ради і рекомендації, фактично управління як самоврядування. Синергетична знання говорить про те, як наслідувати природі у вирішенні конфліктів, в притирання частин до цілого, у розвитку від етапу до етапу. Синергетика допомагає виявити еволюційні, історичні шари мудрості в кожному з нас. Вона показує, що тимчасові перетворення структури можуть бути просторово розподілені. Вона підказує, що можна зробити явним те, що непроявлено в нелінійному середовищі, що цих прихованих можливостей дуже багато, і шлях у майбутнє не визначений.
Ю. О. ДАНИЛОВ
В останні роки спостерігається стрімкий і бурхливий ріст інтересу до міждисциплінарного напрямку, який отримав назву "синергетика". Видаються солідні монографії, підручники, виходять сотні статей, проводяться національні та міжнародні конференції. Серія "Синергетика", що випускається відомим видавництвом "Шпрінгер", налічує майже сім десятків випусків і продовжує розширюватися тематично. Експансія синергетики, що трактувалася вельми довільно і розширено, охоплює не тільки різні галузі науки, але і проникає в сфери людської діяльності, що носять суто прикладний, щоб не сказати земної, характер. Як наслідок цього процесу зростає кількість словосполучень, що використовують нині модний термін у найнесподіваніших і парадоксальних контекстах: синергетична парадигма, синергетичний підхід до проблем національної безпеки, синергетичні початку освіти і т.д. Настільки широка популярність, "підхоплене", одного з напрямків сучасного точного природознавства радує, але разом з тим не може не насторожувати, бо вживання терміна всує, без належного розуміння специфіки напряму, часом в повному відриві від первісного значення терміна "синергетика", а то і просто як данина модному захопленню, коротше, надмірно екстенсивне зростання синергетичного напряму таїть в собі небезпеку швидкої дискредитації і (як наслідок) швидкого, хоча і незаслуженого, забуття.
Саме тому представляється важливим повернутися до витоків синергетики і з'ясувати, який сенс спочатку вкладав (і продовжує вкладати) творець синергетичного напрямки і винахідник терміна "синергетика" професор Штугггартского університету і директор Інституту теоретичної фізики і синергетики Герман Хакен.
За Хакен, синергетика займається вивченням систем, що складаються з великого (дуже великого, "величезного") числа частин, компонент або підсистем, одним словом, деталей, складним чином взаємодіють між собою. Слово "синергетика" і означає "спільна дія", підкреслюючи узгодженість функціонування частин, що відбивається в поведінці системи як цілого. Подібно до того, як запропонований Норбертом Вінером термін "кібернетика" мав попередників в кібернетики Ампера, синергетика Хакена також має попередників, наприклад, в синергетики фізіолога Шеррінггона, що означала узгоджену дію згинальних і розгинальних м'язів (протагоніст і антагоніст) при роботі кінцівок, або синергії - злиття людини і Бога в молитві. Підкреслимо, що у всіх випадках мова йде про узгоджений дії. Зрозуміло, суворе визначення синергетики зажадало б уточнення того, що слід було б вважати великим числом частин і які взаємодії підпадають під категорію складних. Однак зараз суворе визначення, навіть якщо б воно було можливим, виявилося б явно передчасним. Тому далі (як і в роботах самого Хакена та його послідовників) мова піде лише про опис того, що включає в себе поняття "синергетика", і про її відмінні особливості. Суворе визначення молодого напряму було б забагато обмежувальним, або, якщо скористатися порівнянням Л. І. Мандельштама, нагадувало б колючий дріт, в яку закутали немовляти. Системи, які становлять предмет вивчення синергетики, можуть бути самої різної природи і змістовно і спеціально вивчатися різними науками, наприклад, фізикою, хімією, біологією, математикою, нейрофізіологією, економікою, соціологією, лінгвістикою (перелік наук легко можна було б продовжити). Кожна з наук вивчає "свої" системи своїми, тільки їй властивими, методами і формулює результати на "своєму" мовою. За існуючої далеко зайшла диференціації науки це призводить до того, що досягнення однієї науки часто стають недоступними увазі і тим більше розуміння представників інших наук. На відміну від традиційних галузей науки синергетику цікавлять загальні закономірності еволюції (розвитку в часі) систем будь-якої природи. Відмовляючись від специфічної природи систем, синергетика знаходить здатність описувати їх еволюцію інтернаціональною мовою, встановлюючи свого роду ізоморфізм двох явищ, що вивчаються специфічними засобами двох різних наук, але мають спільну модель, або, точніше, приводяться до загальної моделі. Виявлення єдності моделі дозволяє синергетики робити надбання однієї галузі науки доступним розумінню представників зовсім інший, можливо, дуже далекою від неї галузі науки і переносити результати однієї науки на, здавалося б, чужорідну грунт. Слід особливо підкреслити, що синергетика аж ніяк не є однією з прикордонних наук типу фізичної хімії або математичної біології, що виникають на стику двох наук (наука, на чию предметну область відбувається вторгнення, у назві прикордонної науки представлена іменником; наука, чиїми засобами проводиться "вторгнення" , представлена прикметником; наприклад, математична біологія займається вивченням традиційних об'єктів біології математичними методами). За задумом свого творця проф. Хакена, синергетика покликана грати роль свого роду метанауки, помічає і вивчає загальний характер тих закономірностей і залежностей, які приватні науки вважали "своїми". Тому синергетика виникає не на стику наук у більш-менш широкої чи вузької прикордонної області, а отримує представляють для неї інтерес системи з самої серцевини предметної області окремих наук і досліджує ці системи, не апелюючи до їх природі, своїми специфічними засобами, що носять загальний (" інтернаціональний ") характер по відношенню до приватних наук. Як і будь-яке наукове напрямок, що народилося в другій половині ХХ століття, синергетика виникла не на порожньому місці. Її можна розглядати як наступницю і продовжувачку багатьох розділів точного природознавства, в першу чергу (але не тільки) теорії коливань і якісної теорії диференціальних рівнянь. Саме теорія коливань з її "інтернаціональним мовою", а згодом і "нелінійним мисленням" (Л. І. Мандельштам) стала для синергетики прототипом науки, що займається побудовою моделей систем різної природи, які обслуговують різні галузі науки, а якісна теорія диференціальних рівнянь, початок якої було покладено в працях Анрі Пуанкаре, і виросла з неї сучасна загальна теорія динамічних систем озброїла синергетику значною частиною математичного апарату. Потрібно сказати, що вивченням систем, що складаються з великого числа частин, взаємодіючих між собою тим чи іншим способом, займалися і продовжують займатися багато наук. Одні з них вважають за краще підрозділяти систему на частини, щоб потім, вивчаючи раз'ятие деталі, намагатися будувати більш-менш правдоподібні гіпотези про структуру або функціонуванні системи як цілого. Інші вивчають систему як єдине ціле, віддаючи забуттю тонко налаштоване взаємодія частин. І той, і інший підходи мають свої переваги й недоліки. Синергетика наводить міст через пролом, що розділяє перший, редукціоністскій, підхід від другого, холістичного. До того ж в синергетики, свого роду соединительном ланці між цими двома підходами екстремістськими, розгляд відбувається на проміжному, мезоскопічна рівні, і макроскопічні прояви процесів, що відбуваються на мікроскопічному рівні, виникають "самі собою", внаслідок самоорганізації, без керівної і спрямовуючої "руки" , що діє зовні системи. Ця обставина має настільки важливе значення, що синергетику можна було б визначити як науку про самоорганізацію. Редукціоністскій підхід з його основним акцентом на деталях пов'язаний з необхідністю обробки, часто непосильним для спостерігача, навіть збройного надсучасної обчислювальною технікою, обсягу інформації про підсистемах, їх структурі, функціонування та взаємодії. Стиснення інформації до розумних меж здійснюється різними способами. Один з них використовується в статистичній фізиці і полягає у відмові від зайвої деталізації опису і в переході від індивідуальних характеристик окремих частин до усереднених тим чи іншим способом характеристикам системи. Імпульс, одержуваний стінкою судини при ударі об неї окремої частки газу, замінюється усередненим ефектом від ударів великого числа частинок - тиском. Замість окремих складових системи статистична фізика розглядає безлічі (ансамблі) складових, замість дії, виробленого індивідуального підсистемою, - колективні ефекти, вироблені ансамблем підсистем. Синергетика підходить до вирішення проблеми стиснення інформації з іншого боку. Замість великого числа факторів, від яких залежить стан системи (так званих компонент вектора стану) синергетика розглядає нечисленні параметри порядку, від яких залежать компоненти вектора стану системи і які, в свою чергу, впливають на параметри порядку. У переході від компонент вектора стану до нечисленних параметрами порядку укладений зміст одного з основоположних принципів синергетики - так званого принципу підпорядкування (компонент вектора стану параметрами порядку). Зворотна залежність параметрів порядку від компонент вектора стану призводить до виникнення того, що прийнято називати кругової причинністю. Поява нового міждисциплінарного напрямку зустріло, як прийнято тепер говорити, неоднозначний прийом з боку наукового співтовариства. Дебати між прихильниками синергетики та її супротивниками за напруженням пристрастей нагадували сумно знамениту сесію ВАСГНІЛ або зборів, на яких викривали й засуджували буржуазну лженауку кібернетику. Хакена звинувачували в честолюбних задумах, в умисному введенні легковірних в оману. Стверджувалося, ніби окрім назви (у якого, як було сказано вище, вже були попередники), синергетика геть позбавлена елементів Новизни. (Навіть якщо б новацією була тільки назва, поява синергетики було б виправдано. Запропонованому Хакеном назва нового міждисциплінарного напряму, лапідарні і виразне, приваблювало до нового напрямку набагато більше уваги, ніж будь-яке "правильне", але "нудне" і зрозуміле лише вузькому колу фахівців , назва. У цьому зв'язку не можна не згадати аналогічні звинувачення на адресу ще однієї теорії, яка внесла свою лепту у розвиток синергетичного напрямку, - теорії катастроф французького математика Рене Тома. Запропоноване їм назву, визнані пуристів надмірно закличні і рекламним, виявилося, особливо для нематематика, набагато більш привабливим, ніж існуючий до Тома варіант - теорія особливостей диференційовних відображень). Немає необхідності доводити корисність синергетичного підходу або наполягати на неодмінному використанні назви "синергетика" усіма, чиї досягнення, поточні результати або методи прихильники синергетики схильні вважати синергетичним. Явища самоорганізації, випромінювання складності, багатство режимів, породжуваних необов'язково складними системами, залишають простір для всіх бажаючих. Кожен може знайти свою робочу майданчик і спокійно трудитися в міру бажання, сил і можливостей. Однак не можна не відзначити, що перенесення синергетичних методів з області точного природознавства в області, традиційно вважалися безроздільними володіннями далеких від математики гуманітаріїв, розкрили один з найбільш плідних аспектів синергетики і істотно поглибили наше розуміння її. Синергетика з її статусом метанауки спочатку була покликана зіграти роль комунікатора, що дозволяє оцінити ступінь спільності результатів, моделей і методів окремих наук, їх корисність для інших наук і перевести діалект конкретної науки на високу латинь міждисциплінарного спілкування. Положення міждисциплінарного напрямку зумовило ще одну важливу особливість синергетики - її відкритість, готовність до діалогу на правах безпосереднього учасника або невибагливого посередника, який бачить своє завдання у всесвітньому забезпеченні взаєморозуміння між учасниками діалогу. Діалогічність синергетики знаходить своє відображення і в характері запитування природи: процес дослідження закономірностей навколишнього світу в синергетики перетворився (або знаходиться в стадії перетворення) з добування безликої об'єктивної інформації в живий діалог дослідника з природою, при якому роль спостерігача стає відчутною, відчутною і зримою. З безлічі прикладів, що наочно ілюструють небезпеку неправомірного поширення синергетичного підходу на області, досить далекі від ідеології точного природознавства, і плідність перенесення синергетичних ідей по суті, згадаємо науки про мову. З'явилося досить багато робіт, в яких автори жвавої скоромовкою відкривали очі нічого не підозрював людству на те, що "обробка лінгвістичної інформації на синтаксичному і лінгвістичному рівнях визначають фазові переходи на мультифрактальний множинах", що "число можливих паттернів у словотворенні різко обмежено неоднорідними дисипативними хаотичними потоками , зумовленими мультифрактальній як на одному аттрактору, так і в переміжних Перескок з одного з співіснуючих атракторів на інший "і т.п.
У роботах подібного штибу немає навіть "торжества науки над здоровим глуздом" (А. Н. Крилов). За термінологічної тріскотнею в них ховається "абсолютна порожнеча" (С. Лем). Між тим синергетичний підхід до проблем мови і його філософського осмислення можливий і плідний. Загальні закономірності поведінки систем, що породжують складні режими, дозволяють розглядати на змістовному, а іноді й на кількісному рівні, такі питання, як рівень складнощів сприйняття навколишнього світу як функція словникового запасу сприймає суб'єкта, роль хаотичних режимів, їх ієрархій та особливостей у формуванні сенсу, граматичні категорії як носії семантичного змісту, проблеми ностратичних мовознавства (реконструкція прамови) як відновлення "фазового портрету" сімейства мов і виділення атракторів, і багато іншого.
Розрізняють лінійні і нелінійні динамічні системи. Під системи лінійної системи слабо взаємодіють між собою і практично незалежно входять в систему. Зміни відповіді лінійної системи на зовнішній вплив майже пропорційно до цього впливу. Лінійні системи володіють властивістю адитивності, при якому ціла система зводиться до суми її складових частин. Інший фундаментальний факт - це закон зростання народонаселення Землі. Ми звикли вважати, що процеси швидкого зростання, такі як зростання населення, "економічне диво" або інформаційний вибух, відбуваються згідно експоненціальним законом. Насправді, це - один із міфів класичної науки.
Більшість процесів лавиноподібного зростання протікають набагато швидше, в режимі з загостренням, коли характерні величини необмежено зростають за кінцевий проміжок часу.
Режими з загостренням досліджуються в даний час у фізиці плазми, метеорології, екології (наприклад, ріст і вимирання біологічних популяцій), нейрофізіології (моделювання поширення сигналів по нейронних мереж). Ті ж самі режими з загостренням мають місце в соціальному і культурному розвитку. Зростання наукової інформації і зростання населення Землі підпорядковуються гіперболічному закону, тобто ці процеси протікають в режимі з загостренням.
Завдяки міждисциплінарного характеру цих фундаментальних відкриттів, синергетика відкриває можливості для нового діалогу між натуралістами і гуманітаріями. Синергетика робить кроки в напрямку синтезу природних і гуманітарних наук, у напрямку універсального знання.
Разом з тим синергетика повинна бути досить скромною і зваженої у своїх претензіях, з тим щоб не створювати невиправданих надій, з одного боку, стриманості, побоювань або відкритого і непримиренного скептицизму - з іншого. Синергетика, зрозуміло, не в праві претендувати на пояснення і переінтерпретацію всього і вся в человекознаніі. Вона відкриває лише незвичайний ракурс розгляду феномена людини та історичного руху культури. Це - ракурс еволюційності, когерентності, спонтанності, нелінійності людської поведінки. З позиції синергетики можливий свіжий погляд на вже давно відомі феномени людської культури.
Вузькопрофесійному орієнтовані вчені (скажімо, біологи, культурологи, історики), як правило, не бачать необхідності у використанні додаткового "концептуального каркасу", в даному випадку - нового синергетичного мови. Ці вчені оперують своєї добре відомою і досить глибоко розробленою термінологією, будь то термінологія біологічна або культурологічна. І щоб переконати їх звернути увагу на нову перспективну область міждисциплінарних досліджень, потрібно досить витончена аргументація. Можна лише показувати плідність застосування синергетики, але не нав'язувати синергетичне знання іншим ученим. Взагалі бачити не тільки можливості і перспективи, але і можливі межі (обмеження) розвивається підходу - у цьому полягає науковість дослідження.
Хочеться сподіватися, що синергетика зможе прокладати собі шлях у майбутнє лише синергетичним, не насильницькими, а стимулюючими відкривати нове методами. Як висловився в одному зі своїх виступів на Форумі В. В. Поремскій, синергетика не вчить бути добрим, вона випромінює добро.
Синергетика також не вчить бути мудрим, вона і є еволюційна мудрість.
Синергетика - це мудрість м'якого управління, управління через ради і рекомендації, фактично управління як самоврядування. Синергетична знання говорить про те, як наслідувати природі у вирішенні конфліктів, в притирання частин до цілого, у розвитку від етапу до етапу. Синергетика допомагає виявити еволюційні, історичні шари мудрості в кожному з нас. Вона показує, що тимчасові перетворення структури можуть бути просторово розподілені. Вона підказує, що можна зробити явним те, що непроявлено в нелінійному середовищі, що цих прихованих можливостей дуже багато, і шлях у майбутнє не визначений.
РОЛЬ І МІСЦЕ синергетики в СУЧАСНОЇ НАУЦІ
Російський науковий центр "Курчатовський Інститут" Ю. О. ДАНИЛОВ
В останні роки спостерігається стрімкий і бурхливий ріст інтересу до міждисциплінарного напрямку, який отримав назву "синергетика". Видаються солідні монографії, підручники, виходять сотні статей, проводяться національні та міжнародні конференції. Серія "Синергетика", що випускається відомим видавництвом "Шпрінгер", налічує майже сім десятків випусків і продовжує розширюватися тематично. Експансія синергетики, що трактувалася вельми довільно і розширено, охоплює не тільки різні галузі науки, але і проникає в сфери людської діяльності, що носять суто прикладний, щоб не сказати земної, характер. Як наслідок цього процесу зростає кількість словосполучень, що використовують нині модний термін у найнесподіваніших і парадоксальних контекстах: синергетична парадигма, синергетичний підхід до проблем національної безпеки, синергетичні початку освіти і т.д. Настільки широка популярність, "підхоплене", одного з напрямків сучасного точного природознавства радує, але разом з тим не може не насторожувати, бо вживання терміна всує, без належного розуміння специфіки напряму, часом в повному відриві від первісного значення терміна "синергетика", а то і просто як данина модному захопленню, коротше, надмірно екстенсивне зростання синергетичного напряму таїть в собі небезпеку швидкої дискредитації і (як наслідок) швидкого, хоча і незаслуженого, забуття.
Саме тому представляється важливим повернутися до витоків синергетики і з'ясувати, який сенс спочатку вкладав (і продовжує вкладати) творець синергетичного напрямки і винахідник терміна "синергетика" професор Штугггартского університету і директор Інституту теоретичної фізики і синергетики Герман Хакен.
За Хакен, синергетика займається вивченням систем, що складаються з великого (дуже великого, "величезного") числа частин, компонент або підсистем, одним словом, деталей, складним чином взаємодіють між собою. Слово "синергетика" і означає "спільна дія", підкреслюючи узгодженість функціонування частин, що відбивається в поведінці системи як цілого. Подібно до того, як запропонований Норбертом Вінером термін "кібернетика" мав попередників в кібернетики Ампера, синергетика Хакена також має попередників, наприклад, в синергетики фізіолога Шеррінггона, що означала узгоджену дію згинальних і розгинальних м'язів (протагоніст і антагоніст) при роботі кінцівок, або синергії - злиття людини і Бога в молитві. Підкреслимо, що у всіх випадках мова йде про узгоджений дії. Зрозуміло, суворе визначення синергетики зажадало б уточнення того, що слід було б вважати великим числом частин і які взаємодії підпадають під категорію складних. Однак зараз суворе визначення, навіть якщо б воно було можливим, виявилося б явно передчасним. Тому далі (як і в роботах самого Хакена та його послідовників) мова піде лише про опис того, що включає в себе поняття "синергетика", і про її відмінні особливості. Суворе визначення молодого напряму було б забагато обмежувальним, або, якщо скористатися порівнянням Л. І. Мандельштама, нагадувало б колючий дріт, в яку закутали немовляти. Системи, які становлять предмет вивчення синергетики, можуть бути самої різної природи і змістовно і спеціально вивчатися різними науками, наприклад, фізикою, хімією, біологією, математикою, нейрофізіологією, економікою, соціологією, лінгвістикою (перелік наук легко можна було б продовжити). Кожна з наук вивчає "свої" системи своїми, тільки їй властивими, методами і формулює результати на "своєму" мовою. За існуючої далеко зайшла диференціації науки це призводить до того, що досягнення однієї науки часто стають недоступними увазі і тим більше розуміння представників інших наук. На відміну від традиційних галузей науки синергетику цікавлять загальні закономірності еволюції (розвитку в часі) систем будь-якої природи. Відмовляючись від специфічної природи систем, синергетика знаходить здатність описувати їх еволюцію інтернаціональною мовою, встановлюючи свого роду ізоморфізм двох явищ, що вивчаються специфічними засобами двох різних наук, але мають спільну модель, або, точніше, приводяться до загальної моделі. Виявлення єдності моделі дозволяє синергетики робити надбання однієї галузі науки доступним розумінню представників зовсім інший, можливо, дуже далекою від неї галузі науки і переносити результати однієї науки на, здавалося б, чужорідну грунт. Слід особливо підкреслити, що синергетика аж ніяк не є однією з прикордонних наук типу фізичної хімії або математичної біології, що виникають на стику двох наук (наука, на чию предметну область відбувається вторгнення, у назві прикордонної науки представлена іменником; наука, чиїми засобами проводиться "вторгнення" , представлена прикметником; наприклад, математична біологія займається вивченням традиційних об'єктів біології математичними методами). За задумом свого творця проф. Хакена, синергетика покликана грати роль свого роду метанауки, помічає і вивчає загальний характер тих закономірностей і залежностей, які приватні науки вважали "своїми". Тому синергетика виникає не на стику наук у більш-менш широкої чи вузької прикордонної області, а отримує представляють для неї інтерес системи з самої серцевини предметної області окремих наук і досліджує ці системи, не апелюючи до їх природі, своїми специфічними засобами, що носять загальний (" інтернаціональний ") характер по відношенню до приватних наук. Як і будь-яке наукове напрямок, що народилося в другій половині ХХ століття, синергетика виникла не на порожньому місці. Її можна розглядати як наступницю і продовжувачку багатьох розділів точного природознавства, в першу чергу (але не тільки) теорії коливань і якісної теорії диференціальних рівнянь. Саме теорія коливань з її "інтернаціональним мовою", а згодом і "нелінійним мисленням" (Л. І. Мандельштам) стала для синергетики прототипом науки, що займається побудовою моделей систем різної природи, які обслуговують різні галузі науки, а якісна теорія диференціальних рівнянь, початок якої було покладено в працях Анрі Пуанкаре, і виросла з неї сучасна загальна теорія динамічних систем озброїла синергетику значною частиною математичного апарату. Потрібно сказати, що вивченням систем, що складаються з великого числа частин, взаємодіючих між собою тим чи іншим способом, займалися і продовжують займатися багато наук. Одні з них вважають за краще підрозділяти систему на частини, щоб потім, вивчаючи раз'ятие деталі, намагатися будувати більш-менш правдоподібні гіпотези про структуру або функціонуванні системи як цілого. Інші вивчають систему як єдине ціле, віддаючи забуттю тонко налаштоване взаємодія частин. І той, і інший підходи мають свої переваги й недоліки. Синергетика наводить міст через пролом, що розділяє перший, редукціоністскій, підхід від другого, холістичного. До того ж в синергетики, свого роду соединительном ланці між цими двома підходами екстремістськими, розгляд відбувається на проміжному, мезоскопічна рівні, і макроскопічні прояви процесів, що відбуваються на мікроскопічному рівні, виникають "самі собою", внаслідок самоорганізації, без керівної і спрямовуючої "руки" , що діє зовні системи. Ця обставина має настільки важливе значення, що синергетику можна було б визначити як науку про самоорганізацію. Редукціоністскій підхід з його основним акцентом на деталях пов'язаний з необхідністю обробки, часто непосильним для спостерігача, навіть збройного надсучасної обчислювальною технікою, обсягу інформації про підсистемах, їх структурі, функціонування та взаємодії. Стиснення інформації до розумних меж здійснюється різними способами. Один з них використовується в статистичній фізиці і полягає у відмові від зайвої деталізації опису і в переході від індивідуальних характеристик окремих частин до усереднених тим чи іншим способом характеристикам системи. Імпульс, одержуваний стінкою судини при ударі об неї окремої частки газу, замінюється усередненим ефектом від ударів великого числа частинок - тиском. Замість окремих складових системи статистична фізика розглядає безлічі (ансамблі) складових, замість дії, виробленого індивідуального підсистемою, - колективні ефекти, вироблені ансамблем підсистем. Синергетика підходить до вирішення проблеми стиснення інформації з іншого боку. Замість великого числа факторів, від яких залежить стан системи (так званих компонент вектора стану) синергетика розглядає нечисленні параметри порядку, від яких залежать компоненти вектора стану системи і які, в свою чергу, впливають на параметри порядку. У переході від компонент вектора стану до нечисленних параметрами порядку укладений зміст одного з основоположних принципів синергетики - так званого принципу підпорядкування (компонент вектора стану параметрами порядку). Зворотна залежність параметрів порядку від компонент вектора стану призводить до виникнення того, що прийнято називати кругової причинністю. Поява нового міждисциплінарного напрямку зустріло, як прийнято тепер говорити, неоднозначний прийом з боку наукового співтовариства. Дебати між прихильниками синергетики та її супротивниками за напруженням пристрастей нагадували сумно знамениту сесію ВАСГНІЛ або зборів, на яких викривали й засуджували буржуазну лженауку кібернетику. Хакена звинувачували в честолюбних задумах, в умисному введенні легковірних в оману. Стверджувалося, ніби окрім назви (у якого, як було сказано вище, вже були попередники), синергетика геть позбавлена елементів Новизни. (Навіть якщо б новацією була тільки назва, поява синергетики було б виправдано. Запропонованому Хакеном назва нового міждисциплінарного напряму, лапідарні і виразне, приваблювало до нового напрямку набагато більше уваги, ніж будь-яке "правильне", але "нудне" і зрозуміле лише вузькому колу фахівців , назва. У цьому зв'язку не можна не згадати аналогічні звинувачення на адресу ще однієї теорії, яка внесла свою лепту у розвиток синергетичного напрямку, - теорії катастроф французького математика Рене Тома. Запропоноване їм назву, визнані пуристів надмірно закличні і рекламним, виявилося, особливо для нематематика, набагато більш привабливим, ніж існуючий до Тома варіант - теорія особливостей диференційовних відображень). Немає необхідності доводити корисність синергетичного підходу або наполягати на неодмінному використанні назви "синергетика" усіма, чиї досягнення, поточні результати або методи прихильники синергетики схильні вважати синергетичним. Явища самоорганізації, випромінювання складності, багатство режимів, породжуваних необов'язково складними системами, залишають простір для всіх бажаючих. Кожен може знайти свою робочу майданчик і спокійно трудитися в міру бажання, сил і можливостей. Однак не можна не відзначити, що перенесення синергетичних методів з області точного природознавства в області, традиційно вважалися безроздільними володіннями далеких від математики гуманітаріїв, розкрили один з найбільш плідних аспектів синергетики і істотно поглибили наше розуміння її. Синергетика з її статусом метанауки спочатку була покликана зіграти роль комунікатора, що дозволяє оцінити ступінь спільності результатів, моделей і методів окремих наук, їх корисність для інших наук і перевести діалект конкретної науки на високу латинь міждисциплінарного спілкування. Положення міждисциплінарного напрямку зумовило ще одну важливу особливість синергетики - її відкритість, готовність до діалогу на правах безпосереднього учасника або невибагливого посередника, який бачить своє завдання у всесвітньому забезпеченні взаєморозуміння між учасниками діалогу. Діалогічність синергетики знаходить своє відображення і в характері запитування природи: процес дослідження закономірностей навколишнього світу в синергетики перетворився (або знаходиться в стадії перетворення) з добування безликої об'єктивної інформації в живий діалог дослідника з природою, при якому роль спостерігача стає відчутною, відчутною і зримою. З безлічі прикладів, що наочно ілюструють небезпеку неправомірного поширення синергетичного підходу на області, досить далекі від ідеології точного природознавства, і плідність перенесення синергетичних ідей по суті, згадаємо науки про мову. З'явилося досить багато робіт, в яких автори жвавої скоромовкою відкривали очі нічого не підозрював людству на те, що "обробка лінгвістичної інформації на синтаксичному і лінгвістичному рівнях визначають фазові переходи на мультифрактальний множинах", що "число можливих паттернів у словотворенні різко обмежено неоднорідними дисипативними хаотичними потоками , зумовленими мультифрактальній як на одному аттрактору, так і в переміжних Перескок з одного з співіснуючих атракторів на інший "і т.п.
У роботах подібного штибу немає навіть "торжества науки над здоровим глуздом" (А. Н. Крилов). За термінологічної тріскотнею в них ховається "абсолютна порожнеча" (С. Лем). Між тим синергетичний підхід до проблем мови і його філософського осмислення можливий і плідний. Загальні закономірності поведінки систем, що породжують складні режими, дозволяють розглядати на змістовному, а іноді й на кількісному рівні, такі питання, як рівень складнощів сприйняття навколишнього світу як функція словникового запасу сприймає суб'єкта, роль хаотичних режимів, їх ієрархій та особливостей у формуванні сенсу, граматичні категорії як носії семантичного змісту, проблеми ностратичних мовознавства (реконструкція прамови) як відновлення "фазового портрету" сімейства мов і виділення атракторів, і багато іншого.
PS ДВА СЛОВА О МОДІ НА СИНЕРГЕТИКА
Варто, все ж таки, підкреслити, що розуміння синергетики в різних контекстах різна, і сьогодні не існує її загальноприйнятого визначення, як, наприклад, не існує строгого визначення фрактала. Крім того, обсяг і зміст предмета вибуховим чином розширюються, викликаючи надмірні захоплення неофітів і протести найбільш суворо мислячих професіоналів, які стояли біля "витоків" і скрушно стежать за спотворенням історичної правди, і пріоритетів. Це культурний феномен впізнавання, а, отже, і свого розуміння, архетипу цілісності в різних галузях культури, і його експансія йде від найбільш авторитетної компоненти - науки, та ще міждисциплінарною. Можна засмучуватися з приводу моди на синергетику, та її вільного тлумачення, але історія пам'ятає не одне захоплення подібного роду: моду на кібернетику, системний аналіз, теорію відносності, ну а якщо перенестися в XYIII століття-салонні вечори Вольтера про нову механіці, і навіть суспільство "ньютоніанскіх дам", що в кінцевому рахунку сприяло якнайшвидшому впровадженню "Почав" Ньютона в університетські курси Європи (незважаючи на опір багатьох континентальних авторитетів). Мода, звичайно, пройде, але в підстави культури будуть закладені принципи і мова синергетики, а час розпорошить міражі нерозуміння. Отже, синергетика виникла, як теорія кооперативних явищ в задачах лазерної тематики, але поступово набувала все більш загальний статус теорії, що описує незамкнуті, нелінійні, нестійкі, ієрархічні системи. Вже в галузі природознавства існує опозиція такого тлумачення синергетики, хтось вважає за краще говорити про нелінійної динаміці, або теорії дисипативних систем, теорії відкритих систем, теорії динамічного хаосу і так далі .. На наш, шановний читач, погляд апологія синергетики може бути виправдана лише після введення в розгляд проблематики спостерігача, людиновимірна систем, самореферентних систем, тим самим розширюючи методологію синергетики на область цілісної культури. Ось у цьому розширювальному тлумаченні ми й розуміємо синергетику в даній роботі, філософськи кажучи, синергетика це наука (точніше кажучи, рух у науці) про становящемся буття, про самому становленні, його механізми та їх поданні. І тут важливо уникнути іншої крайності, не профанувати її методи, не захоплюватися модною сінертіческой фразеологією, довільно сплітаючи метафори; але залишаючись на позиціях конкретної науки, використовувати евристичний трансдисциплінарних потенціал синергетики як технологію універсалій, реалізовану в практичній діяльності. Однак у більшості системних досліджень умови лінійності не виконуються, і з'являється необхідність вивчати загальні принципи виникнення і розвитку складних динамічних систем, описуваних більш складними, нелінійними моделями. Система не лінійна, якщо в різний час, за різних зовнішніх впливах її поведінка визначається різними законами.
Нелінійна система має стійкі і нестійкі стаціонарні стани. Причому один і той же стаціонарний стан такої системи за одних умов може бути стійким, а при інших нестійким. Стійкі стаціонарні стані більш притаманні самій системі, а нестійкі характеризують моменти власне змін у ній. Змінюються нелінійні системи відрізняють множинність стаціонарних станів, єдність їх стійкості та нестійкості. Це створює феномен складного і різноманітного поведінки, що не вкладається в єдину теоретичну схему і, може бути, непередбачуваного у певні періоди часу.
Поняття "нелінійність" починають використовувати все ширше, набуваючи світоглядний сенс. Ідея нелінійності включає в себе багатоваріантність, альтернативність вибору шляхів еволюції та її незворотність. Нелінійні системи відчувають вплив випадкових, малих впливів, породжуваних неравновесностью, нестабільністю, що виражаються в накопиченні флуктуацій, біфуркації (галуження шляхів еволюції), фазових і мимовільних переходах. У таких системах виникають і підтримуються локалізовані процеси (структури), в яких мають місце інтеграція, архітектурне об'єднання структур по деяких законах побудови еволюційного цілого, а також імовірнісний (хаотичний) розпад цих структур на етапі наростання їх складності [6, с. 148-161]. Нелінійні процеси неможливо надійно прогнозувати, бо розвиток відбувається через випадковість вибору шляху в момент біфуркації, а сама випадковість не повторюється знову.
Саме в таких системах найчастіше виникають синергетичні явища [12, 8]. При дослідженнях складних нелінійних систем можна виділити два різних підходи в залежності від того, на що в першу чергу спрямована увага дослідника: на можливі сценарії проходження точки біфуркації без деталізації хаотичного поведінки в цей момент або безпосередньо на поведінку системи в хаосі (позиції "метанаблюдателя" і "спостерігача" [2, с. 229-242]). Перший підхід будується на моделі структурно стійкої системи, з єдиною кризової точкою - точкою біфуркації практично завжди перебуває в стані гомеостазу. Це погляд спостерігача ззовні. В арсеналі синергетичних методів така ситуація описується за допомогою теорії катастроф. Математичний метод опису еволюції різних природних процесів був створений Р. Томом *.
В іншому випадку - це погляд на процес самоорганізації зсередини, коли спостерігач включений у систему і його спостереження за нестабільною системою, діалог з нею вносять неконтрольовані обурення. Відповідний апарат розвивається на базі теорії динамічного або детермінованого хаосу [13; 2]. Сукупність великого числа нелінійних осциляторів, що утворюють систему, здатна породжувати особливі структури - атрактори, виступаючі для дослідника як "цілі еволюції". Вони можуть бути як правильними, просто описуваними структурами, так і хаотичними станами. У першому випадку атрактори характеризуються або одним кінцевим станом, або циклічно повторюваним процесом, що задається простий математичною формулою. У системах ж детермінованого хаосу атрактори набувають більш складну структуру і стають "дивними аттракторами". Це вже не крапка і не граничний цикл, а складно описувана область, за якою відбуваються випадкові блукання.
Математично атрактори визначаються як граничні значення рішень диференціальних рівнянь. Відповідний апарат був розроблений А. Пуанкаре. Аттрактори характеризуються зображеннями у фазовому просторі (просторі станів системи, не за висять від часу) - "фазовими портретами". Геометрично це безліч точок, до якого наближається траєкторія після загасання перехідних процесів, тобто область тяжіння сусідніх точок (to attract (англ.). - Притягати).
У теорії дисипативних систем аттрактора і дивним аттрактора, що є базисними фактами теорії самоорганізації, приділяється особлива увага. З одного боку, наявність дивних атракторів, що призводять до динамічного хаосу, стає причиною катастроф різних порядків, де можлива раптова зміна рухів, перехід з хаотичного стану в впорядковане й назад при зміні параметрів системи. З іншого боку, деякі особливості поведінки хаотичних систем вдається передбачити (з кінцевою точністю і в обмежених у часі межах). Мова атракторів дозволяє осмислити явища передбачуваності і принципової непередбачуваності, дає розуміння ймовірного, хаотичного поведінки систем, обумовленого не обмеженістю наших дослідницьких можливостей, а самою природою нелінійних систем.
Теорія самоорганізації складних динамічних систем базується на нових і глибоких теоремах, пов'язаних з геометрією багатовимірних об'єктів. Ці теореми дозволяють класифікувати всілякі випадки катастроф і дивних атракторів за допомогою певної кількості типових форм. У випадках, коли ідеї синергетики використовуються для вивчення конкретних фізичних, соціальних та інших процесів, під аттракторами розуміються реальні структури у просторі та часі, на які виходять процеси самоорганізації.
Дослідники процесів політичного життя суспільства відзначають наявність в ньому постійно стикаються необхідних і випадкових явищ. Постійно виникають нестабільні, нестійкі процеси, що призводять до того, що задумане і сплановане розвивається зовсім інакше, підкоряючись якимсь своїм самоорганізаційних початків. ("Хотіли як краще, а вийшло як завжди"). Боротьба політичних партій, національні рухи нібито спеціально демонструють торжество синергетичного світу, в якому випадковість є не щось побічне, другорядне, а навпаки, стійке, характерна властивість, умова існування й розвитку суспільної системи [4, с 55-69].
Процеси самоорганізації суспільної свідомості підпорядковуються загальним закономірностям становлення: когерентності, зв'язності подій виникнення тих чи інших суспільних стереотипів і т.п. Отже, можна очікувати, що теорії атракторів і катастроф правомірно використовувати для опису функціонування суспільної свідомості. Так, показовим тут є процес формування колективних уподобань в думках виборців на виборах. На початковому етапі виборчої кампанії істотними можуть виявитися "малі флуктуації", незначний розкид у думках та установках виборців. Далі відбувається конкуренція "колективних мод", тобто політичних стереотипів, патернів політичних цінностей. У результаті цього виживають лише деякі фігури свідомості ("формули вибору").
Розглянемо як приклад використання синергетичних моделей для вивчення соціальних процесів наше дослідження динаміки політичного менталітету Російського товариства з 1991 року по 1993 рік [11]. В якості одиниць аналізу розглядалися політичні установки людей. Носіями цих установок виступають політичні партії, які об'єднують найбільш політично активних людей, які переслідують подібні політичні цілі, сповідують єдину (або близьку) ідеологію. Партії виступають колективними суб'єктами-носіями якихось ідеологій, політичних цінностей. Вони представляють складну систему, що змінюється в ході історичної еволюції, і відображені в партійних документах, що дозволяють аналізувати політичні установки суспільства ... Партії, як магніт "притягаючи" до себе прихильників - індивідів, які мають близькі ціннісно-політичні позиції (що беруть участь у роботі партії або просто голосуючих за неї на виборах), відіграють роль своєрідних аттрактора.
У процесі розвитку і зміни суспільства партію можна розглядати як стабільний об'єкт, що зберігає свої основні характеристики, головним чином свої партійні позиції за сукупністю найбільш значимих питань. У ході змін, що відбуваються в країні та світі, партії хоч і зазнають безсумнівну еволюцію, але зберігають певний ціннісний інваріант - "обличчя" партії, визначається також і її постійним складом. При відсутності певної самоідентичності говорити про партію як носії будь-яких суспільно-політичних цінностей, фіксованих у документах, взагалі неправомірно.
Операциональной моделлю політичної свідомості суспільства можуть виступати семантичні простору, побудовані за результатами "шкалювання" політичних партій, що виражають політичні установки суспільства.
Психосемантична методи дозволяють моделювати простір базисних категорій свідомості (у нашому випадку суспільного) [10]. Використовуваний при цьому факторний аналіз дозволяє зменшувати початковий базис ознак опису, зводячи їх до якихось узагальненим категоріям-факторам, які виступають координатними осями семантичного простору. Аналізовані об'єкти (політичні партії) задаються як координатні точки всередині отриманого простору. При цьому величина проекції об'єктів на семантичні осі показує ступінь згоди політичної партії зі змістом, заданим цим фактором.
Динамічне простір виходить після введення додаткової координатної осі - осі часу. І. Пригожин говорив про ідею оператора часу як однієї з умов виникнення нових структур у процесі еволюції [12]. Зміна станів системи в часі, тобто послідовну зміну її станів, можна уявити лінією у фазовому просторі (просторі можливих станів системи) або задати оператор, що переводить одну фазову крапку в іншу. Фазові траєкторії (лінії у фазовому просторі) дозволяють побачити всю сукупність рухів, які можуть виникнути при всіляких початкових умовах. У випадку, коли аналітичні рішення рівнянь, які задають динамічну систему, не можуть бути знайдені, залишається можливість будувати якісні висновки про характер руху системи.
Для опису відбуваються якісних змін виявляється зручним мова, яка використовується в математичній теорії динамічних систем, що працює з такими об'єктами, як фазовий простір, траєкторії руху і ансамблі траєкторій, біфуркації (розгалуження), флуктуації, стану стійкості і нестійкості, лінійні і нелінійні процеси, критичні області поведінки системи [8]. Розроблюються в рамках синергетики понятійні і математичні засоби відкривають для методології новий формальний апарат, що дозволяє описувати динаміку політичної свідомості як окремого випадку комплексної динамічної системи [15, c. 9]. На сучасному етапі розвитку нелінійної динаміки для опису еволюції систем, як у природних, так і в гуманітарних науках застосовуються математичні моделі, що використовують диференціальні, різницеві, символічні рівняння [8]. Диференціальні рівняння використовуються, коли мова йде про системи, пов'язаних з безперервною зміною всіх параметрів (в тому числі і часу) [7, c. 235, 236; 24]. Символьні рівняння, навпаки, відображають ситуацію, коли дискретно змінюються не тільки параметри часу, вся інша інформація так же виявляється, обмежена кінцевим набором значень, наприклад "так" або "ні", "нуль" або "одиниця" [22, c. 433-465, 28]. Різницеві рівняння, займаючи проміжне положення, дозволяють отримувати кількісну та якісну інформацію, аналізуючи континуальний еволюцію параметрів системи на дискретно обраних моментах часу. Різницеве рівняння дозволяє описати динаміку того чи іншого процесу як функціональну залежність один від одного станів системи в кожен дискретний момент часу. Моделі, побудовані з використанням різницевих рівнянь, "працюють" в біології, екології, економіці [18, c. 5-75; 21; 23, c. 25-52; 25, c. 645-647]. Особливу увагу звернемо на поки ще рідкісні факти їх використання в психології [26, c. 219-232].
Основна ідея методології різницевих рівнянь стосується використання ітераційних співвідношень. Якщо відомий закон еволюції в проміжку між двома моментами часу, то можна пов'язати положення траєкторії в моменти часу Tn і Tn +1 з допомогою функціональної залежності. Стан системи, досягнуте в результаті попереднього етапу її формування, забезпечує отримання результату на наступному етапі. Так, постає завдання інтерполяційного побудови в фазовому просторі факторної траєкторії, що проходить через фіксовані точки.
Математична модель динамічної системи X, що задається за допомогою різницевого рівняння, грунтується на понятті стану системи Xn, під яким розуміється опис цієї системи в момент часу Tn, і на понятті оператора F, що визначає зміна системи Х в часі .. Сукупність усіх можливих станів системи X утворює фазовий простір станів Ф (X). Цей простір разом з оператором F складають математичну модель динамічної системи, що задається різницевим рівнянням.
В основі передбачуваного підходу лежить ідея про заміну величини середньої за часом величиною, середньої по ансамблю (так звана гіпотеза про ергодичності дисипативних систем. Одним з критеріїв істинності цієї гіпотези є неаддитивности фазового простору системи, що вивчається).
Синергетичний підхід, що виділяє загальні закономірності функціонування як природничонаукових, так і соціальних систем, обгрунтовує прийняття ергодичної гіпотези в нашому випадку. Це дозволяє уникнути труднощів, що виникають при "розгортанні в часі" того чи іншого процесу, і замінити його "розгорненням в просторі". Тобто по набору даних про велику кількість об'єктів системи, отриманих в якийсь момент часу, можна прогнозувати поведінку системи на інших тимчасових етапах її розвитку. У гуманітарній області, особливо для вивчення динаміки політичної свідомості, проведення безлічі вимірювань при лонгитюдном дослідженні часто виявляється скрутним. Заміна великої кількості часових зрізів великою кількістю об'єктів аналізу (динаміку яких фіксують ці зрізи) дозволяє вийти з глухого кута.
Описується нами дослідження трансформації категоріальних структур свідомості російського суспільства на період між 1991 і 1993 роками проводилося у два етапи - безпосередньо перед серпневими 1991 року і жовтневими подіями 1993 року. Таким чином, час проведення дослідження відповідало моменту найбільшого політичного протистояння, що вилився в озброєне.
Члени 20 різних партій (загальною кількістю в 1358 осіб) взяли участь в обох опитуваннях. Характер і процедура дослідження нами докладно описані [11].
Динаміка політичної свідомості характеризується як зміною контексту політичного життя (кола значущих проблем), так і зміною політичних позицій самих партій. Таким чином, постає проблема встановлення генетичної взаємозв'язку семантичних просторів (двох зрізів громадської свідомості) в ситуації одночасного зміни як шкал (пунктів опитувальника), так і самих об'єктів шкалювання (позицій політичних партій).
У математиці при вивченні поведінки величин, що залежать одночасно від декількох параметрів, у подібних випадках спочатку варіюється якийсь один параметр при фіксації всіх інших, потім другий і т.д. Ми слідували цій же схемі експерименту. Прийнявши спочатку в якості гіпотези міркування про збереження партіями самоідентичності з 1991 по 1993 рік, ми розглядали їх у зазначений період як інваріантні об'єкти. Виходячи з цього, на основі подібності оцінок, даних членами цих партій по пунктах опитувальників 1991 і 1993 років, проводилося об'єднання цих пунктів в єдині інтегральні чинники.
У результаті факторизації та обертання було виділено 6 базисних факторів, за якими стоять конструкти динамічного семантичного простору [11].
Після побудови динамічного семантичного простору, що охоплює обидва тимчасових зрізу, на основі зведеної матриці і виділення смислових інваріантів, що лежать в основі факторів як єдиного семантико-часового цілого, можливе вирішення іншої задачі - аналізу зміни в часі політичних позицій партій. Тобто це проблема вивчення характеру зміни станів політичної системи, що задається цими партіями.
Всі партії по кожному з 6 виділених факторів характеризуються двома точками, відповідними позиціями цієї партії по колу проблем, окреслює тим чи іншим чинником на 1991 і 1993 роки. Таким чином, ми маємо свідчення у репрезентує емпіричному ансамблю з 20 точок у двох різних часових зрізах.
Нехай Y = F (X) - регресійна крива, побудована на основі статистичного аналізу емпіричних значень, які задають позицію кожної партії, і є найкращим теоретичним, з точки зору статистичних критеріїв, наближенням експериментальних даних. Побудувавши цю криву як "просторову розгортку", ми можемо (досить умовно в силу малого числа партій і лише двох наявних у нашому розпорядженні часових зрізів) вважати, що вона являє собою "тимчасову розгортку", описує закон трансформації позицій у часі - фазову траєкторію фактора . Стійкі точки на теоретичній кривій (атрактори) - це центри тяжіння різних політичних позицій. При наявності однієї (єдиною) точки стійкого рівноваги можна говорити про виділення області консенсусу, згладжування протиріч. Можна сказати, що якби існувала партія, позиції якої збігалися б з цієї стійкої стаціонарної точкою, то ця партія могла б стати центром консолідації суспільних сил з даного питання.
Виходячи з положення про нелінійність досліджуваної системи, в якості наближають регресійних кривих ми використовували нелінійні функції: поліномом другого порядку і вище. Вибір регресійної функції, можливо, найскладніший методичний питання і поділ дружин вирішуватися на основі зовнішніх додаткових міркувань про закономірності і властивості досліджуваної залежності. Ми в нашій роботі в більшості випадків обмежувалися квадратичною функцією (статистично значущою за критерієм Фішера), керуючись тим, що більшість відображень виду Xn +1 = F (Xn), що описують закони соціальних систем, поводяться приблизно однаково з логістичного (квадратичним) закону [ 8].
Перший конструкт семантичного простору динаміки суспільної свідомості заданий переходом від опозиції демократичні свободи (тоталітаризм 1991 року до опозиції лібералізм (націоналізм 1993 року. Боротьба проти тоталітаризму і придушення демократичних свобод у 1993 році в основному змінилася більш індивідуально орієнтованими ліберальними цінностями. Місце ж тоталітарних обмежень, які здійснюють жорсткий пресинг прав особистості, зайняв войовничий націоналізм.
Другий конструкт простору динаміки суспільної свідомості обумовлений переходом від протиставлення політичної та економічної децентрації в опозиції до унітарної соціалістичної державності до нового конструкту, де економічна децентрація і підприємницька незалежність (ринкова економіка) протиставлені плановій економіці і рудиментів соціалістичної державності. Вимоги децентрації політичної влади і як наслідок більшої економічної свободи регіонів у 1991 році змінилися до 1993 року вимог ринкової економіки. Децентрації змінила акцент з політики на економіку.
Третій конструкт семантико-часового простору обумовлений переходом від опозиції "комуністична ідеологія (плюралізм в ідеології" до конструкту "посилення ролі релігії (заперечення домінуючої ролі релігії в державі і суспільстві". Аналіз динаміки партійних позицій з цього фактору дозволив виділити одну точку рівноваги (консенсусу) суспільства, що знаходиться на нейтральній позиції між релігією і атеїзмом зі слабким зміщенням в зону атеїзму. Слід зазначити, що стоять при владі демократичні, реформістські сили не виробили (або не здатні були виробити) власної ідеологічної доктрини, і місце провідної ідеології суспільства (і почасти держави ) починає займати релігія. Проте значущість ідеологічного конструкту в 1993 році впала більш ніж у два рази в порівнянні з 1991 роком. Свідомість росіян (принаймні, для досліджуваної нами партійної вибірки) стає менш ідеологізований.
Підводячи підсумок проведеного дослідження, відзначимо: щоб з упевненістю говорити про достовірність інтерполяції динамічного процесу, необхідні результати не менше трьох, а краще п'яти, різних часових зрізів. Однак проаналізовані нами роботи, пов'язані з вивченням динамічних процесів, свідчать про те, що багато дослідників також обмежуються двома вимірами [3; 9]. Причому дуже важко сказати, в які часові моменти ці зрізи повинні бути виконані. Історичне та календарне час не пов'язані безпосередньо. Ця проблема тісно змикається з питанням про вибір одиниці вимірювання тривалості досліджуваного процесу і складається не тільки в співвіднесенні цієї одиниці зі специфікою ритмів, властивих процесу, а й у тому, що змінюються самі ритми. Динаміка політичної свідомості в роки застою значно відрізняється від перебігу часу в революційні періоди, коли воно знаходиться в нерівноважному стані. Крім того, у різні періоди має місце нерівномірність розвитку по різних факторів, якісь з них стають більш актуальними, а значить, і більш динамічними, інші, навпаки, втрачають свою колишню актуальність.
Отже, ми маємо результати тільки двох зрізів. Проте час їх проведення обидва рази волею долі потрапив у дуже важливі реберні точки розвитку суспільно-політичної свідомості. Це точки передкризового стану, їх можна порівняти з "затишшям перед бур їй" [2, c. 229-242]. Це ті самі "події", які С. Л. Рубінштейн характеризував як "вузлові моменти, поворотні етапи", що визначають подальший хід процесу розвитку [14]. Пропонована модель передбачає подальший розвиток. Так, виникає проблема того, яким чином можуть бути проградуйована координатні осі, щоб оцінювати місце розташування областей рівноваги. Розвиваючи модель різницевих рівнянь, ми вважаємо, що таке первинний розгляд буде сприяти подальшій розробці такої необхідної для дослідження свідомості процесуальної динамічної парадигми. На закінчення можна відзначити, що формалізації в суспільних науках, будь то психосемантичний підхід або синергетика, є евристичним засобом, розширюють операціонально-аналітичні можливості вченого-дослідника. Математичний апарат дозволяє виділяти структурні закономірності процесу, але аж ніяк не є панацеєю від вирішення проблем виникають при інтерпретації. Остання здійснюється дослідником, спеціалістом у своїй предметній області, де виділені математичні структури виступають лише реперними точками емпатії, вбудовування свідомості вченого в історичний процес. Тобто стосовно формалізації в гуманітарних науках зберігається їх глобальна парадигма як наук про суб'єкт-суб'єктних відносинах, як наук про розуміння [5].
Література
1. Арнольд В.І. Теорія катастроф. М., 1990.
2. Аршинов В.І., Буданов В.Г. Синергетика: еволюційний аспект. "Самоорганізація та наука: досвід філософського осмислення." М., 1994.
3. Будінайте Г.Л., Корнілова Т.В. Особистісні цінності та особистісні переваги суб'єкта. "Питання психології". 1993. N5.
4. Венгеров А. Синергетика і політика. "Суспільні науки і сучасність" 1993. N4. C. 55-69.
5. Гадамер Х.Г. Істина і метод: Основи філософської герменевтики / Пер. з нім. М., 1988.
6. Калінін Е.Ю. Методологічний аналіз статусу нелінійності в природознавстві. "Самоорганізація наука: досвід філософського осмислення." М., 1994.
7. Курдюмов С.М. Власні функції горіння нелінійного середовища і конструктивні закони побудови її організації. "Сучасні проблеми матем. Фізики і вирахував. Математики." М., 1982.
8. Мун Ф. Хаотичні коливання / Пер. з англ. М., 1990.
9. Пейсхаков Н.М. Закономірності динаміки психічних явищ. Автореферат доктор. дисс. М., 1988.
10. Петренко В.Ф. Введення в експериментальну психосемантики: дослідження форм репрезентації в повсякденній свідомості. М., 1983; Він же. Психосемантика свідомості. М., 1988.
11. Петренко В.Ф. Мітіна О.В. Семантичний простір політичних партій "Психологічний журнал", 1991, N6; Вони ж. Психосемантична дослідження політичного менталітету (Росія 1991, 1993 рр..). "Суспільні науки і сучасність", 1994, N 6; Вони ж. Методологічні аспекти вивчення динаміки суспільних систем. "Тез. XI Міжнар. Конф. За логікою, методології та філософії науки і техніки." М., 1995.
12. Пригожин І. Від існуючого до виникає. Час і складність у фізичних науках (пер. з англ.). М., 1985.
13. Пригожин І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. Новий діалог людини з природою. М., 1986.
14. Рубінштейн С.Л. Основи загальної психології. М., 1946.
15. Стьопін В.С. Динаміка наукового знання як процес самоорганізації. "Самоорганізація та наука: досвід філософського осмислення." М., 1994.
16. Стьопін В.С., Аршинов В.І. Самоорганізація та наука: досвід філософського осмислення. М., 1994.
17. Хакен Г. Синергетика / пров. з англ. М., 1985.
18. Шапіро А.П. Математичні моделі конкуренції. "Управління та інформація." Владивосток, 1975, Т.10.
19. Шустер Г. Детермінований хаос / пров. з англ. М., 1988.
20. Catastrophe Theory. Selected Papers 1972-1977. (Ed. Zeeman EC). Addison-Wesley, 1977
21. Crutchfield JP, Packard NH Symbolic Dynam ics of One-Dimensional Maps: Entrcopies, Finite Precursor, and Noise / / Int.J.Theor. Phys. 1982. V. 21 (6 / 7).
22. Collet P., Eckman JP Iterated maps of the in terval as dynamical system. Boston: Birkhauser. 1980.
23. Feigenbaum M. Quantitative universality for class of nonlinear transformations / / J. Stat. Phys. 1978, V. 19, N 1.
24. Lorenz EN Determenistic nonpereodic flow / / J. Atmosph. Sciences. 1963, V.20.
25. May RM Biological populations with nonover lapping generetions: Stable points, stable cycles and chaos / / Science. 1974, 186, 645-647.
26. Richards D. Is strategic Decision Making Chaot ic? / / Behavioral Science. Vol. 35. 1990.
27. Thom R. structural stability and morphogenesis. NY, 1972.
28. Wolfram S. Theory and Applications of Cellubar Automata / / World Scientific Publ., 1986.
Синергетика і кібернетика
Завдання з'ясувати з загальних позицій закономірності процесів самоорганізації та утворення структур ставить перед собою не тільки Х-наука. Важливу роль у розумінні багатьох істотних особливостей цих процесів зіграв, наприклад, кібернетичний підхід, протиставляє іноді як абстрагуються "від конкретних матеріальних форм" і тому протиставлюваний синергетичного підходу, що враховує фізичні основи спонтанного формування структур. У зв'язку з цим цікаво відзначити, що творці кібернетики та сучасної теорії автоматів можуть по праву вважатися творцями або предтечами Х-науки. Так, Вінер і Розенблютом розглянули завдання про радіально-несиметричному розподіл концентрації в сфері [21]. А. Тьюрінг у відомій роботі [22] запропонував одну з основних базових моделей структуроутворення і морфогенезу, що породила величезну літературу: систему двох рівнянь дифузії, доповнених членами, які описують реакції між "морфогенного". Тьюринг показав, що в такій реакційно-дифузійної системі може існувати неоднорідне (періодичне в просторі і стаціонарне в часі) розподіл концентрацій.
У руслі тих же ідей - вивчення реакційно-дифузійних систем - мислив знайти рішення проблеми самоорганізації і Дж. фон Нейман. За свідченням А. Беркса, що відновив за збереженими в архіві фон Неймана уривчастих записів структуру самовідтворюваного автомата, фон Нейман "припускав побудувати безперервну модель самовідтворення, засновану на нелінійних диференціальних рівняннях в приватних похідних, що описують дифузійні процеси в рідині. У зв'язку з цим цікаво відзначити, що фон Нейман отримав не тільки математичну освіту, але і підготовку інженера-хіміка.
Література
1. Мандельштам Л. І. Лекції з коливань. М.: Изд-во АН СРСР, 1955. 503 з.
2. Хакен Г. Синергетика. М.: Світ, 1980. Wi с.
3. Synergetics. А Workshop / Ed. by І. Hakell. 3rd їв. В. etc,, 1977. 277 Р.
4. Synergetics far from equilibrium / Ed. by A. Pacault, С. Vidal. В. etc,, 1978.
5. structural stability in physics / Ed. by W. Guttinger, H. Eikenmeier. В.ete., 1978. 311 p.
6. Pattern formation by dynamic systems and pattern recognition / Ed. bv H. Haken B.etc. 1979. 305p.
7. Dynamic of synergetic systems / Ed. by H. Haken. В. etc., 1980. 271 p.
8. Choaos and order in nature / Ed. by H. Haken. B. etc. 1980. 271 p.
9. Словник no кібернетиці. Київ: Гол. ред. Укр. сов. енциклопедії., 1979. 621 с.
10. Улам С. Невирішені математичні завдання. М.: Наука, 1964. 161с.
11І. Nonlinear partial differential equations. NY: Acad. divss, 1967, p. 223.
12. Миколу Г., Пригожин І. Самоорганізація в нерівноважних системах. М.: Світ, 1979. 512 с.
13. Гленсдорф П., Пригожин І. Термодинамічна теорія структури, стійкості і флуктуацій. М.: Світ, 1973. 280 с.
14. Гапонов-Гріхів А. В., Рабінович М. І. Л. І. Мандельштам і сучасна теорія не-лінійних коливань і хвиль .- УФН, 1979, 128, № 4, с. 579-624.
15. Васильєв В.А., Романівської Ю. М., Яхт В. Г. автохвильовим процеси в розподілений-них кінетичних системах .- УФН, 1979, 128, № 4, с. 625-666.
16. Академік Л. І. Мандельштам: До 100-річчя з дня народження .- М.: Наука, 1979, с. 107.
17. Бурбакі Н. Архітектура математики .- В кн.: Математичне просвітництво. М.: Фіз-матгіз, 1959, вип. 5, с. 106-107.
18. Жаботинський А. М. Концентраційні автоколивання. М.: Наука, 1974. 178 с.
19. Язки Г. І. Подоба, автомодельності і промездуточная асимптотика.
Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 207 с.
20. Ебелінг В. Утворення структур при необоротних процесах. М.: Мир, 1979, с. 13-14.
21. Романовський Ю. М., Степанова Н. В., Чернавський Ц. С. Математичне моделювання в біології. М.: Наука, 1975. 343 с.
22. Turing А. М. The chemical basis of morphogenesis-Phil. Trans. Roy. Soc. London В, 1952, 237, p. 37-72.
23. Нейман Дж. фон. Теорія самовідтворюються автоматів. М.: Світ, 1971. 382с.
24. Рабінович М. І. Стохастичні автоколивання та турбулентність .- УФК, 1978, 125, № 1, с. 123-168.
25. Mandelbrot В. В. Fractals. San Francisco: W. Н. Freeman and Co. , 1977. 365 p.
26. Хоффман У. Система аксіом математичної біології .- В кн.: Кібернетичний збірник. М.: Мир, 1975, вип. 12, с. 184-207.
27. Математичні проблеми в біології: Зб. статей. М.: Мир, 1962, с. 258.
28. Гарднер М. Математичні дозвілля. М.: Мир, 1972, с. 458.
29. Ейген М., Вінклер Р. Гра життя. М.: Наука, 1979, с. 53.
30. Алад'ев В. 3. Кібернетичному моделювання біології розвитку .- В кн.: Паралельна обробка інформації і паралельні алгоритми. Таллінн: Валгус, 1981, с. 211-280.
31. Вольперт А. .0., Худяєв С. І. Аналіз в класі розривних функцій і рівняння математичної фізики. М.: Наука, 1975. 394 с.
32. Андронов А. А., Вітт А. А., Хайкін С. Е. Теорія коливань: Передмова до першого видання. М.: Физматгиз, 1959, с. 11-12.
Синергетика і методологія системних досліджень
Д. Л. Дружинін, В. Г. ВАНЯРХО В останнє десятиліття виникла нова галузь досліджень - синергетика [37]. У рамках синергетики вивчаються явища освіти упорядкованих просторово - часових структур, або просторово - часової самоорганізації, що протікають в системах різної природи: фізичних, хімічних, біологічних, екологічних, соціальних [12; 17; 25]. У цій статті передбачається розглянути деякі поняття, ідеї, проблеми синергетики в контексті методології системних досліджень. Доцільність такого розгляду, початок якому вже покладено [14; 27; 11], визначається тією обставиною, що, з системної точки зору, синергетика вивчає структури певного типу в цілісних за своєю природою системах деякого класу. І саме методологія системних досліджень містить інструментарій, необхідний для рефлексивного осмислення вихідних посилок синергетики, уявлень про її предмет, цілі та продукт, а також, можливо, і для вироблення адекватного цим уявленням формального апарату. Говорячи про методологію, ми маємо на увазі, перш за все такі класичні системні проблеми, як взаємозв'язок системи і зовнішнього середовища, класифікація систем і типологізація структур, цілісність [4, 5, 28, 32 --- 36].
Ми будемо намагатися проводити послідовну диференціацію і співвіднесення емпіричного, предметно - теоретичного [22] та системного методологічного рівня опису об'єктів в синергетики. Необхідність диференціації визначається, перш за все, тим, що на емпіричному рівні опису виникають проблеми, які, з нашої точки зору, не можуть бути дозволені в рамках існуючих предметно - теоретичних уявлень і вимагають прямого виходу на методологічний рівень осмислення. Коротко зазначимо послідовність викладу матеріалу в нашій статті. Ми дамо короткий емпіричне опис двох хімічних об'єктів синергетики --- реакції Білоусова --- Жаботинського [12] і гетерогенної реакції газів на поверхні твердого тіла [31; 9; 10]. Ці об'єкти і будуть, перш за все, мається на увазі при проведенні предметно - теоретичного та методологічного опису. Відштовхуючись від предметних уявлень про нерівноважності фізико - хімічної системи, ми дамо методологічне опис взаємозв'язку системи і зовнішнього середовища для випадку систем з просторово - часової самоорганізацією. В якості основного буде розглянуто принцип цілісності в синергетики. Ми покажемо, у зв'язку, з чим ця проблема ставиться, як вона формулюється в рамках існуючих предметно - теоретичних уявлень і які труднощі при цьому виникають, в якому напрямку, з нашої точки зору, може вестися розробка змістовних і формальних засобів, необхідних для її дозволу.
ОБ'ЄКТИ СИНЕРГЕТИКА
Одним з об'єктів, що демонструють освіта упорядкованих просторово - часових структур, до короткого емпіричному опису якого ми переходимо, є хімічні реакції типу Бєлоусова --- Жаботинського [12]. Особливе місце, яке займають етіреакціі у дослідженнях з просторово - часової самоорганізації, визначається, по - перше, тим, що саме їх вивчення поклало початок нинішньому етапу широких і активних досліджень цих явищ, і, по - друге, тим, що вони дають можливість візуального, дуже наочного спостереження різноманітних (в залежності від вибору умов) типів просторово - часових структур. При одних умовах проведення реакції і початкових співвідношеннях між компонентами реакції та їх концентраціями колір всієї реакційної суміші змінюється в часі періодично від синього до червоного і назад, тобто спостерігається чисто тимчасова структура --- автоколивання.
При інших співвідношеннях відбувається виникнення чисто просторової структури у вигляді стаціонарного розшарування реакційної суміші на чергуються чітко локалізовані сині та червоні області --- дисипативної структури. Нарешті, можлива поява центрів періодичного випускання концентричних або спіральних колірних хвиль [1], що виявляють собою приклад загального випадку просторово - часової структури --- автоволн. Описані явища протікають в хімічно ізольованій системі, спостерігаються в процесі її еволюції від деякого початкового нерівноважного стану до рівноваги і при переході до останнього зникають. Зазначені колірні структури відповідають хімічним концентраційним просторово - тимчасовим структурам, котрі виявляють себе як колірні при додаванні офарблюючих індикаторів. Дослідження показали, що концентрації беруть участь у реакції речовин можна розділити по характерних часів зміни на повільні та швидкі. Повільні концентрації на інтервалі часу, меншому характерного часу свого зміни, грають роль розподіленого джерела речовин по відношенню до швидких концентрацій. Динаміка останніх і виявляється в описаних вище явищах. Характерне час зміни повільних концентрацій є характерні часом існування просторово - часових структур, протягом цього часу справедлива наведена вище класифікація структур.
Автоколивання спостерігаються також при протіканні хімічної реакції між газами, адсорбованими на твердій поверхні [9, 10, 31]. Роль розподіленого джерела грає газова фаза у поверхні, концентрації в якій підтримуються постійними, наприклад, за рахунок інтенсивного підведення газів до поверхні ззовні. Автоколивальних систем утворюють концентрації газів, адсорбованих на поверхні. У такій системі автоколивання, у нехтуванні сторонніми процесами, можуть існувати необмежено довго.
Освіта упорядкованих просторово - часових структур спостерігається також при протіканні ферментативних реакцій [26], в лазері [38], плазмі [13], нейронних мережах [7], клітинних ансамблях [3], популяціях тварин [29] і т.д. Виникає питання: що є загальним для всіх цих об'єктів з точки зору можливості протікання в них явищ просторово - часової самоорганізації?
Спробуємо відповісти на це питання, використовуючи методологічне системний опис явищ просторово - часової самоорганізації, орієнтоване на проблему взаємозв'язку системи і зовнішнього середовища.
СИСТЕМИ З ПРОСТОРОВО - ТИМЧАСОВОЇ САМООРГАНІЗАЦІЇ І ЗОВНІШНЯ середу
Говорячи про проблему взаємозв'язку системи і зовнішнього середовища, ми маємо на увазі, перш за все виділення системи, проведення кордону між системою і зовнішнім середовищем, вплив зовнішнього середовища на систему. Для коректного виділення системи, розрізнення системи і зовнішнього середовища необхідно виходити з тієї обставини, що будь-яка система, що розглядається як теоретичний об'єкт, служить вирішення певної теоретичної задачі. Конкретно нашим завданням є дослідження умов і причин просторово - часової самоорганізації, і з неї ми повинні виходити при виділенні системи. Тут, однак, ми стикаємося з парадоксом стандартного для системних досліджень типу [28]: для того щоб коректно виділити, що самоорганізуються, ми повинні знати умови і причини самоорганізації; для того ж, щоб зрозуміти ці умови і причини, ми повинні виділити самоорганізується систему як необхідний момент їх теоретичного вивчення. Ми в якості вихідного системного уявлення візьмемо уявлення про відкриту систему, що сходить до Берталанфі. Зазвичай вважається, що відкрита система відокремлена від зовнішнього середовища кордоном, яку перетинають потоки обміну (енергією, речовиною, інформацією).
Для більш детального з'ясування ролі зовнішнього середовища у явищах самоорганізації звернемося до предметно - теоретичного опису фізико-хімічних систем. Для таких систем існує поняття рівноваги, і з термодинаміки відомо, що в стані рівноваги і поблизу нього, в області лінійної динаміки систем, явища просторово - часової самоорганізації неможливі. Тому нерівноважності системи --- необхідна умова протікання цих явищ. Оскільки відповідно до другого закону термодинаміки ізольована, тобто надана самій собі, система спонтанно переходить в рівновагу, нерівноважності завжди є результатом впливу на систему зовнішнього середовища.
Цей вплив може полягати у створенні нерівноважного початкового стану замкнутої фізико-хімічної системи, як у випадку розглянутої вище реакції Білоусова --- Жаботинського. Тоді явища самоорганізації будуть формою переходу системи до рівноваги і при наближенні до останнього припиняються. Вплив зовнішнього середина систему може полягати у підтримці потоків обміну енергією, як у випадку лазера, або речовиною, як для хімічної реакції на твердій поверхні. Тоді явища самоорганізації можуть протікати до тих пір, поки підтримуються потоки.
Отже, вплив зовнішнього середовища на систему --- необхідна умова протікання явищ просторово - часової самоорганізації. Ця обставина фіксує визначення [24] класу систем, що вивчаються синергетикою: це "відкриті системи потокового типу". Відкритість системи, наявність потоків обміну з зовнішнім середовищем, достатня інтенсивність цих потоків --- необхідна умова виникнення упорядкованих просторово - часових структур.
Потоки обміну з середовищем захоплюються, трансформуються, структуруються системою. Відповідно виникають структури носять істотно динамічний характер, є просторово - часовими структурами, оформляють взаємодіючі процеси. Звідси видно відносний характер наведеного вище поділу структур на просторові, часові та просторово - часові. Це розділення фіксує лише зовнішні ознаки структур. Дійсно, стаціонарні, чисто просторові структури є динамічними за своєю природою. Їх стаціонарність --- слідство не статичності системи, відсутності або завершення протікають в ній процесів, не збалансованості та скоординованості цих процесів, що, у свою чергу, випливає з збалансованості потоків обміну системи із зовнішнім середовищем і процесів усередині системи. Процесуальність стаціонарних просторових структур визначає їх часовий характер. З іншого боку, однорідні по простору, названі вище тимчасовими, структури є наслідок узгодженого, синхронного протікання процесів у різних частинах системи. Це визначає просторовий характер тимчасових структур. Таким чином, виникають у відкритих системах структури, взагалі кажучи, завжди є просторово - тимчасовими.
Якщо використовувати тлумачення поняття самоорганізації, що випливає з його лінгвістичного побудови, то самоорганізується системою є система, яка "сама себе організує". Маючи через це безпосереднє тлумачення, задамося питанням: якою мірою правомочним говорити про утворення просторово - часових структур як про прояв самоорганізації системи, якщо вплив зовнішнього середовища, як обговорювалося вище, відіграє таку істотну роль у перебігу цих явищ? Використані системні уявлення про потоки обміну системи з зовнішнім середовищем дозволяють досить суворо відповісти на нього: про самоорганізацію системи можна говорити в тому сенсі, що система, захоплюючи потоки обміну, взагалі кажучи, деяким чином структуровані в просторово - часовому відношенні, трансформує, організовує їх , нав'язує їм свою власну просторово - часову структуру. Захоплення, трансформація, організація потоків обміну є спосіб організації самою системою своєї структури, тобто самоорганізація.
Обговоримо питання про відповідність реакції Білоусова --- Жаботинського даному вище визначення класу систем, що вивчаються синергетикою. Як ми зазначили, концентрації речовин, що беруть участь у цій реакції, поділяються на швидкі і повільні. Визначимо в якості складових системи, що само речовини з швидкими концентраціями. Тоді речовини з повільними концентраціями будуть грати роль зовнішнього середовища, що задає в кожній точці самоорганізовується позитивні (у систему) і негативні (з системи) потоки обміну. Відзначимо, що при цьому ми, по - перше, розрізняємо фізико-хімічну систему --- суміш реагентів і самоорганізується систему і, по - друге, система та зовнішнє середовище виявляються просторово необмеженими. Процеси самоорганізації в ізольованих системах можуть, таким чином, бути розглянуті в рамках загального уявлення про "відкриті системах потокового типу".
Дослідження питання про взаємозв'язок системи і зовнішнього середовища на методологічному системному рівні виявляє приватне протиріччя, що існує на предметному рівні опису. Відомо, що просторово впорядковані стаціонарні структури виникають не тільки в нерівноважних, але і в рівноважних фізико-хімічних системах (освіта кристалів, явище надпровідності і т.п.). Механізмом виникнення нерівноважних і рівноважних просторових структур є відповідно нерівноважні і рівноважні фазові переходи. Ці переходи на макро рівні (див. нижче) з формальної математичної точки зору описуються єдиним чином за допомогою узагальненого рівняння Гінзбурга --- Ландау [37]. З точки зору взаємозв'язку системи і зовнішнього середовища природа нерівноважних і рівноважних структур, однак, абсолютно різна. Нерівноважні стаціонарні структури, як вже обговорювалося, є наслідком збалансованості потоків обміну з середовищем і процесів всередині системи, наявність потоків обміну --- необхідна умова їхнього існування. Рівноважні ж структури утворюються в замкнутих (квазізамкнутих) системах, взаємодією яких з середовищем (взагалі кажучи, нерівноважної) можна знехтувати. У рівноважної системі кожен прямий процес збалансований, скомпенсований зворотним йому процесом, наслідком чого і є стаціонарність рівноважних структур. Явища виникнення і перетворення різних за природою структур, взагалі кажучи, також повинні мати різну природу. Виникає питання: наслідком чого є ідентичність опису цих явищ в рамках узагальненого рівняння Гінзбурга --- Ландау? Тут ми можемо згадати суть математичного структурного підходу, сформульованого М. Бурбакі: "Структури є знаряддями математика: кожен раз, коли він помічає, що між елементами, досліджуваними їм, мають місце відносини, що задовольняють аксіомам структури певного типу, він відразу може скористатися всім арсеналом загальних теорем, що відносяться до структур цього типу "[6]. Мабуть, з такої точки зору структури рівноважні та нерівноважні представляються нерозрізненними. Однак очевидно, що при ідентичному описі різних за природою явищ фундаментальні суттєві риси цих явищ залишаються неврахованими.
Зробленим зауваженням ми завершуємо обговорення проблеми взаємозв'язку системи і зовнішнього середовища в синергетики і переходимо до розгляду цілісної природи явищ просторово - часової самоорганізації.
СИНЕРГЕТИКА І ПРИНЦИП ЦІЛІСНОСТІ
Обговоримо питання про природу просторово - часової самоорганізації та способи її опису у світлі першого принципу системного мислення --- принципу цілісності [5, 28].
"Цілісність об'єкта як системи означає принципову незвідність його властивостей до суми властивостей складових його елементів і не виводимість з останніх властивостей цілого" [28]. Таким чином, використання принципу цілісності передбачає наявність виділених елементів (частин) об'єкта як системи.
"Давня історико - філософська традиція свідчить про те, що припустимо два полярних способу розбиття цілісної системи на частини: при одному з них одержані в підсумку елементи, або частині, що не несуть на собі, так би мовити, цілісних властивостей вихідної системи, при іншому - - дійсно виділяються частини цілісної системи, тобто такі елементарні освіти, які зберігають у специфічній формі властивості досліджуваної системи. Будемо умовно називати другий спосіб декомпозиції системи "цілісним" розбивкою її на частини "[28].
Явища просторово - часової самоорганізації, з нашої точки зору, мають цілісну природу. Тому їх вивчення потребує цілісного підходу, як у частині вихідних змістовних уявлень, так і формальних методів опису. Використовувані сьогодні для цієї мети предметні уявлення та методи відповідають нецілісну способу розбиття системи: елементи об'єктів як систем в рамках цих предметних уявлень не є елементами цілого. Ставлячи завдання визначення зазначеної природи просторово - часової самоорганізації, ми не можемо їх використовувати і знову стикаємося з парадоксом класичної «системної" структури, на цей раз --- парадоксом цілісності [28]: "Рішення задачі опису даної системи як деякої цілісності можливе лише за наявності рішення задачі "цілісного» розбиття даної системи на частини, а рішення задачі "цілісного» розбиття даної системи на частини, можливо, лише за наявності рішення задачі опису даної системи як деякої цілісності ". Щоб обійти цей парадокс, скористаємося поняттям частини простору. Як зазначається нижче, здатність теоретичного суб'єкта до просторового співвіднесенню об'єктів може служити целостнообразующім чинником. Ми скористаємося також категорією процесу. Як вказується в [33; 40], об'єкт задається процесом; для отримання цілісності необхідно задати об'єкт як певний процес. Зазначимо, що процес, будучи поняттям динамічним, що мають тимчасову природу, для свого цілісного опису потребує виділення специфічних цілісних елементів процесу [34] --- "процес зміни як предм. теор. дослідже. "Тепер можна сформулювати визначення: просторово - тимчасова самоорганізація є цілісною в тому сенсі, що в ній проявляється узгоджене з потоками обміну з зовнішнім середовищем взаємодія елементів процесів, що протікають в різних частинах системи.
Перейдемо до розгляду існуючої трактування цілісності просторово - часової самоорганізації на предметному рівні опису. Предметні подання фізики, хімії, біофізики, екології тощо, синтезовані синергетикою, мають в якості загальної основні уявлення про систему взаємодіючих елементів. Роль елементу може грати атом, молекула, клітина, живий організм і т.п. У взаємодія елементів може полягати, наприклад, у пружному зіткненні молекул, що приводить до зміни їхніх швидкостей, актехіміческой реакції, в ході якого одні молекули перетворюються на інші, пересуванні живих клітин за градієнтом речовини, яку самі ці клітини виділяють і т.д. У подальшому для визначеності ми будемо говорити про хімічній взаємодії.
При протіканні явищ просторово - часової самоорганізації елементи починають взаємодіяти погоджено в просторі - часу, тобто спостерігається ефект кооперації. Наприклад, просторово однорідні автоколивання кольору реакційної суміші вході реакції Білоусова --- Жаботинського означають, що в кожній точці реакційної суміші кількість актів хімічної взаємодії періодично змінюється в часі і ці зміни просторово узгоджені, синхронізовані. Над елементну природу просторово - часової самоорганізації зазначає І. Пригожин :"... у всіх цих випадках спільним є макроскопічне, надмолекулярної ... прояв ланцюга подій, що зароджуються на рівні окремих молекул "[21].
Як зазначають Б. Б. Кадомцев і Ю. А. Данилов, запропонований Г. Хакеном термін "синергетика", що походить від грецького synergia --- сприяння, співробітництво, акцентує увагу на узгодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого [8]. Сам Г. Хакен дає таке визначення: "Синергетика займається вивченням систем, що складаються з багатьох підсистем різної природи ... ми хочемо розглянути, яким чином взаємодія таких підсистем приводить до виникнення просторових, тимчасових або просторово - часових структур у макроскопічних масштабах" [38 ]. Момент цілісності стосовно до синергетики фіксують С. П. Курдюмов і Г. Г. Малінецкій: "Синергетика, як правило, має справу з процесами, де ціле має властивості, яких немає ні в однієї з частин" [16]. Використане вище поняття макроскопічного є спорідненим поняттю цілісності в тому сенсі, що в контексті цитат воно фіксує наявність у ансамблю частинок (атомів, молекул) властивостей, відсутніх у окремої частки і вимагають адекватного цим агрегованим властивостям зміни способу опису системи. Якщо у філософії проблема цілісності сходить ще до Платона і Аристотеля [4], то в природних наука хона до останнього часу була поставлена і предметно усвідомлена, лише в біології у зв'язку з усвідомленням кордонів редакціоністского підходу. Що стосується фізики, хімії та суміжних наук, а також математики з її теоретико-множинним підставою, то тут до недавнього часу поняття цілісності практично не використовувалося. Наведені цитати показують, що в рамках синергетики відбувається осмислення фахівцями природничих наук цілісного характеру досліджуваних ними явищ. Зазначимо, що таке ж осмислення відбувається, зокрема, і в квантовій механіці у зв'язку з проблемою не силового взаємодії тотожних частинок [39].
Обговоримо більш детально поняття мікро - і макроопісанія і перехід між ними, на основі якого, перш за все, реалізується в рамках предметних уявлень інтенція цілісності. Г. Хакен пропонує класифікацію рівнів опису системи, що містить три рівні: мікроскопічний, мезоскопічна і макроскопічний [38]. На мікроскопічному рівні розглядається динаміка окремих елементів --- атомів, молекул і т.п., що описується за допомогою величин, які характеризують ці елементи, наприклад, положень і швидкостей атомів. На мезоскопічна рівні розглядаються ансамбліелементов, вводяться усереднені величини, що характеризують етіансамблі, наприклад, концентрація, густина, температура і т.д., непридатні на мікроскопічному описі. Нарешті, намакроскопіческом рівні розглядаються просторово - временниеструктури, утворені ансамблями. Макроскопічному рівню відповідає введення залежності змінних мезоскопічна рівня від положення в просторі і від часу. Макроструктури можна характеризувати такими величинами як, наприклад, довжина хвилі, період, амплітуда. За Хакен, специфічним для синергетики є опис динаміки макрорівнів [38].
Як співвідносяться між собою мікро - і макрорівень в плані проблем синергетики? Мікрорівня відповідає дискретне представлення системи. На макрорівні атоми, молекули і т.д. виступають в якості елементів, динаміка яких і визначає зміни, що відбуваються з системою. І. Пригожин вказує, однак, що "опис на мікроскопічному рівні стає неадекватним, якщо розглядаються явища характеризуються досить великим масштабом", "... при макроскопічному описі виникають нові якісні аспекти" [21].
Г. Хакен відзначає існування розриву мікро - та макрорівні опису систем, обговорюючи модельну задачу про рух великого числа точкових мас, з'єднаних пружинами. При описі системи на мікрорівні її рух буде описуватися наборами чисел, які задають становище кожної з точкових мас у часі. Проте тільки на макрорівні виникають такі характеристики просторової структури, як довжина хвилі і амплітуда, відсутні на рівні точкових мас [37], тобто "На макроскопічному рівні потрібні зовсім інші концепції, ніж на мікроскопічному". Переходу на макрорівень опису відповідає перехід до концепції безперервної середовища [19]. Важливо відзначити, що в рамках представлення про безперервну середовищі атом, молекула і т.д. взагалі перестають фігурувати як об'ектопісанія і, отже, не можуть і в традиційному нецілісну сенсі бути елементами просторово - часових структур, що розглядаються на макрорівні.
За Хакен, перехід від мікрорівня опису до опису в макроскопічних змінних вже є кроком у напрямку цілісного опису системи. На макрорівні методом редукції виділяються макроскопічні змінні, що визначають динаміку системи в областях нестійкості, виникнення просторово - часових структур або зміни їх типу --- параметри порядку. Поняття параметра порядку відповідає обмему принципом підпорядкування одних макропеременних іншим --- одному з основних принципів самоорганізації [38].
Ю. Л. Клімонтовіч відзначає, що процедури усереднення, що визначають перехід від мікроопис до опису в макропеременних, є предметом статистичної теорії нерівноважних процесів, тим самим виступає в якості фундаменту синергетики [14].
Отже, в рамках предметного опису фіксується, з одного боку, цілісна природа просторово - часової самоорганізації, з іншого --- неадекватність цієї природу елементарних уявлень мікрорівня. В якості способу вирішення цієї невідповідності розглядається перехід на макрорівень опису.
Перерахуємо деякі відповідні макрорівня і специфічні для синергетики як інтегруючої галузі досліджень поняття. Крім параметра порядку, принципу підпорядкування, а також дисипативних структур [41], автоволн [1], нерівноважних фазових переходів, що описуються узагальненим рівнянням Гінзбурга --- Ландау [37], виділимо інтегруюче поняття синергетики --- поняття активної кінетичної середовища. "Характерними ознаками активних кінетичних середовищ є наступні: а) існує розподілений джерело енергії або речовин, багатих енергією; б) кожен елементарний об'єм середовища знаходиться в стані, далекому від термодинамічної рівноваги, тобто є відкритою термодинамічною системою, в якій диссипирует частина енергії, що надходить з розподіленого джерела; в) зв'язок між сусідніми елементарними об'ємами здійснюється за рахунок процесів переносу "[7]. Широкий клас автохвильовим процесів в рамках представлення про активну кінетичної середовищі описується системою рівнянь в приватних похідних параболічного. У цій системі все хвильові процеси породжуються динамікою точкової нелінійної системи. В. І. Крінський, А. М. Жаботинський вважають, що "це новий тип динамічних процесів, що породжують макроскопічний лінійний масштаб за рахунок локальних взаємодій, кожне з яких лінійним масштабом не має" [1]. Системі [1] відповідає більшість завдань, розглянутих у рамках синергетики. Вона є основною формою математичного опису явищ просторово - часової самоорганізації на макрорівні.
Перейдемо до критичного аналізу викладених предметних уявлень про систему взаємодіючих елементів, макрорівні опису, предметного поданням процесу з точки зору принципу цілісності.
Предметний рівень ОПИСУ просторово-часової самоорганізації І ПРИНЦИП ЦІЛІСНОСТІ
Розглянемо спочатку один загальний момент, пов'язаний з використанням принципу цілісності. Задамося питанням, що значить твердження "деякий теоретичний об'єкт є елементом цілого?" У загальному випадку теоретичний об'єкт, що є елементом цілого (цілісності), може володіти трьома групами ознак (властивостей). В - перше, це власне цілісні ознаки, що вказують на приналежність елемента даного цілісного єдності, що зберігають, як було зазначено вище, "в специфічній формі цілісні властивості досліджуваної системи". По - друге, це співвідносні ознаки, що визначають взаємозалежність виділених елементів цілого [32 --- 34]. Необхідність наявності співвідносних ознак визначається тим, що без них цілісність постане у вигляді різноманіття окремих, незалежних один від одного, самостійно існуючих об'єктів, що неадекватно поданням про єдність. Ознаки обох груп виявляються внаслідок членування даного єдності, є результатом цього членування. У силу цих ознак елементи цілого не можуть бути дані поза цілого і незалежно від способу членування. Третю групу утворюють ознаки, якими володіє теоретичний об'єкт поза зв'язку з тим, що він є елементом цілого. Це незалежні ознаки (або »позитивні визначеності") [32 --- 34]. Зробивши зауваження загального характеру, розглянемо поняття системи взаємодіючих елементів. Абстрагіруемая спочатку від ознак елементів, що визначають їх взаємодію. Тоді ми будемо мати ансамбль невзаємодіючі елементів, нічим, взагалі кажучи, не відрізняється від математичного безлічі елементів.
Утворенню безлічі має передувати постулирование різноманіття об'єктів, що володіють незалежними ознаками. Традиційно вважається, що "безліч формується шляхом простого акту об'єднання, збирання разом об'єктів (з цього різноманіття .--- Авт.), Включаються до нього в якості елементів" [33]. Таким чином, вважається, що при об'єднанні об'єктів у безліч вони не зазнають жодних змін, що і виражається у прийнятті аксіоми екстенсіональності, яка каже, що всяке безліч визначено своїми елементами (при цьому під елементами безлічі розуміється вихідне різноманіття об'єктів [32]). Г. А. Смірновпоказал, однак, що всі процедури освіти і перетворення об'єктів в теорії множин на увазі в неявному вигляді наявність у елементів множин співвідносних различающих ознак, що з'являються внаслідок об'єднання об'єктів. Теоретичному суб'єкту приписується в рамках теорії множин здатність об'єднувати об'єкти в деяку єдність, а також співвідносити, розрізняти об'єкти, що входять у єдність. Ці припускаються ознаки і вказівки здібності ніяк не фіксуються в мові теорії [32, 33].
Обговоримо більш докладно природу цієї здатності теоретичного суб'єкта. На наш погляд, вона є просторовою. Саме теоретичному суб'єкту іманентно притаманна здатність до просторового співвіднесенню. Теоретичний суб'єкт співвідносить в просторовому відношенні будь-які об'єкти, що мають просторові ознаки. В якості вказівки суб'єкту на виконання цього співвіднесення виступає сам факт даності таких об'єктів у миследіяльності. І при утворенні множини з різноманіття об'єкти набувають співвідносні ознаки внаслідок просторового розрізнення. Просторовий характер співвідносних ознак елементів безлічі, взагалі кажучи, випливає з аналізу об'єктів конструктивної математики, що включає суму місць [32].
Крім співвідносних ознак елементів безлічі, маються на увазі, але не фіксуються в мові теорії їх цілісні ознаки. На якій підставі об'єкти, що входили у вихідне різноманіття і стали елементами множини, розглядаються всі разом, що їх об'єднує? Елементи множини розглядаються як належні деякого єдності остільки, оскільки вони володіють цілісними ознаками. На нашу думку, ці цілісні ознаки задає просторова межа множини. Об'єкти з різноманіття і кордон безлічі дані в просторовому співвідношенні, в силу якого об'єкти різноманіття стають елементами цілісної єдності, що задається кордоном. Елемент цілісного єдності --- це те, що знаходиться "всередині кордону". Ознака "всередині кордону" і є цілісним ознакою. Зазначимо, що межа множини, хоча це здається на перший погляд несподіваним, задає і цілісну єдність об'єктів, які не належали безлічі, і зовнішнє середовище у вигляді цілісного єдності. Дійсно, елемент зовнішнього середовища --- це те, що лежить поза кордону. Ознака "поза межі" --- цілісний ознака елементів зовнішнього середовища.
У рамках теорії множин абстрагуються і від співвідносних, і від цілісних ознак елементів цілісної єдності, утвореного з вихідного різноманіття незалежних об'єктів на основі іманентно властивою теоретичному суб'єкту здібності до просторового співвіднесенню об'єктів, і фіксують у мові теорії лише незалежні ознаки об'єктів, що входили в різноманіття. Безліч, таким чином, виступає як редукований, частковий об'єкт по відношенню до цілісного єдності. Відповідно нецілісну є і безпосередній предмет нашого розгляду --- ансамбль невзаємодіючі елементів.
Взаємодія елементів передбачає зміну їх незалежних ознак. Тому наявність взаємодії елементів з точки зору цілісності системи нічого не змінює.
Перейдемо до розгляду макрорівня опису з точки зору принципу цілісності. На макрорівні, як ми вказували, в якості змістовного використовується уявлення про безперервному середовищі. Вихідним освітою, на основі якого складається уявлення про безперервному середовищі, є просторовий континуум. Просторовий континуум мислиться як цілісну єдність. В якості елемента просторового континууму може виступати точка, яка має цілісні та співвідносні ознаки. Точка континууму не має, однак, незалежних ознак; поняття про неї містить потенційну можливість їх завдання. Завдання незалежних ознак точок просторового континууму відбувається шляхом їх "наповнення", або "начинки", деякими речовими характеристиками --- щільністю речовини, напруженістю поля і т.д. Саме з цими незалежними ознаками мають справу при математичному описі. Для того щоб математично описувати просторовий континуум, переходять до його скороченої формі --- просторовому безлічі з відповідним відволіканням від цілісних і співвідносних ознак точок континуума. Точка просторового множини в силу цього відволікання мислиться й існує сама по собі, поза співвіднесення з іншими точками. Тому точка просторового множини не є елементом просторової форми, наприклад, дисипативної структури. Цей момент фіксував ще Аристотель, що вирізняв, що лінія не складається з точок [2]. Дійсно, точка одно належить будь-якої лінії або поверхні, що проходить через неї, і в силу цього не може бути елементом якої - то конкретної лінії чи поверхні. Тому просторове опис структур, що виникають у результаті самоорганізації, не може бути цілісним, якщо в якості елемента структури використовується основний теоретичний об'єкт макроскопічного рівня опису --- точка просторового множини.
При обгрунтуванні на методологічному рівні цілісної природи самоорганізації ми істотним чином використовували поняття процесу. Коротко розглянемо з точки зору принципу цілісності існуюче предметне розуміння процесу (про філософський системному розумінні процесу див. [32 --- 36; 30; 40]). Процес задається у вигляді даної у часі послідовності станів системи. Стан системи є самостійним незалежним теоретичним об'єктом. У поняття "даного стану" ніяк не входить вказівка на наявність інших станів, ряду станів. Дійсно, наприклад, в предметному описі рівноважних фізико - хімічних систем всякому прямому процесу відповідає зворотний. Прямий і зворотний процеси протікають через одну і ту ж послідовність станів. Для деякого обраного стану відповідні йому попереднє і наступне стану при заміні прямого процесу на зворотний міняються місцями. Однак саме вибраного стан залишається незмінним.
Отже, процес постає у вигляді послідовності в часі незалежних об'єктів - станів. Виникає питання,: на якій підставі ці незалежні об'єкти розглядаються всі разом, як включені в цей процес? Що їх об'єднує? На наш погляд, точно так само, як здатність теоретичного суб'єкта до просторового співвіднесенню об'єктів лежить в основі утворення цілісної єдності з різноманіття незалежних об'єктів, в основі утворення цілісного поняття процесу лежить здатність теоретичного суб'єкта до тимчасового співвіднесенню об'єктів, даних у миследіяльності. Вказівкою на тимчасове співвіднесення теоретичних об'єктів служить сам факт даності теоретичному суб'єкту об'єкту в миследіяльності. Здатність теоретичного суб'єкта до тимчасового співвіднесенню об'єктів служить підставою завдання процесу в якості цілісної єдності елементів --- станів, редукцією, часткової формою якого є предметне уявлення процесу. Стани, що розглядаються як елементи процесу --- цілісної єдності, мають цілісними ознаками. Цілісні ознаки станів, що вказують на приналежність даному процесу, визначаються завданням початкового стану процесу. Стану даного процесу --- це стани, наступні за початковим. Ознака »наступні за початковим" і є цілісним ознакою стану. Стани мають співвідносних ознаками, передуючи один одному або слідуючи один за одним.
Незалежні ознаки стану як елемента процесу утворюються просторовими і речовими характеристиками. У рамках предметного теоретичного процесу опису аналогічно тому, як це відбувається у випадку безлічі, абстрагуються від цілісних і співвідносних ознак стану і фіксують у мові теорії лише незалежні ознаки. Однак цілісні та співвідносні ознаки стану неявно маються на увазі і використовуються в предметному описі процесу.
Проведений нами аналіз дозволяє зробити висновок, що предметні уявлення про систему взаємодіючих елементів, макрорівні опису, процесі не є цілісними, отже, не цілком відповідають завданню опису цілісних за своєю природою явищ просторово - часової самоорганізації. Розгляд предметних описів з точки зору принципу цілісності показує, що спільною причиною нецілісну використаних у них уявлень і методів є абстрагування, відволікання від цілісних і співвідносних ознак елементів. Ці ознаки неявно враховуються, але ніяк не фіксуються в мові теорії. Відповідно, теорія не описує цілісної природи явищ. Як же описувати явища такого роду?
У [33 --- 36], зокрема, обговорюється можливість теоретичного завдання співвідносних ознак елементів. Вводиться уявлення про діаді --- найпростішої процедурі конститутивного розрізнення двох елементів, які мають співвідносних ознаками.
Відзначимо, що необхідність завдання теоретичного об'єкта як процедури має свої історичні коріння, зокрема, стосовно до проблеми простору - часу в поняття симетрії. Відповідно до історично першим розумінням симетрії шукають повну сукупність операцій, які переводять даний об'єкт в нове положення, не відрізняється від колишнього. Таким чином, процедура переведення об'єкта в нове положення виступає як спосіб завдання симетричного об'єкта, процедура як спосіб завдання об'єкта закладена в основі поняття симетрії. Проте вказана інтенція завдання об'єктів в подальшому отримала математичну, теоретико - множинну інтерпретацію. Процедура реалізується через математичне перетворення --- поточечной перехід від одних точок, з яких "полягає» просторові фігури, до інших. А головне, замість процедури переходу ми маємо початкове і кінцеве просторові стану, що не володіють жодними співвідносних ознаками, зафіксованими в мові теорії.
Інший спосіб вирішення проблеми опису цілісних об'єктів пропонує І. З. Цехмістро [39]. Він в онтологічному аспекті обговорює проблему цілісності у квантовій механіці в зв'язку з аналізом парадоксу Енштейна --- Подільського --- Розена [15; 20]. Суть цього і ряду родинних парадоксів в тому, що підсистеми, що входили в єдину квантову систему, зберігають специфічну кореляцію станів навіть на таких відстанях, на яких всяке їх взаємодія, здавалося б, виключено. В [39] розв'язання парадоксу бачиться в постулюванні принципу неразложимости квантових систем на безліч елементів, обгрунтовує за допомогою квантово - механічного принципу додатковості. При цьому, оскільки будь-яке математичний опис квантових систем має теоретико-множинну природу і потребує використання елементів, цим елементам надається статус потенційних можливостей. Таким чином, І. З. Цехмістро бачить вирішення задачі теоретичного опису цілісних за своєю природою квантово - механічних об'єктів не в створенні принципово нового формального апарату, але в усвідомленні онтологічної значущості цієї природи і збереження старого теоретико-множинного апарату.
На закінчення відзначимо, що сьогодні, на наш погляд, зроблено перші кроки в напрямку створення логічно обгрунтованого формального апарату для цілісного опису явищ. Гостра необхідність створення такого апарату відчувається в багатьох сферах миследіяльності. У цій статті поряд із загальним розглядом синергетики з позицій методології системних досліджень ми хотіли на матеріалі синергетики привернути увагу дослідників до цієї важливої проблеми і тим самим стимулювати подальший пошук.
ЛІТЕРАТУРА
1. Автохвильовим процеси в системах з дифузією. Горький, 1981.
2. Аристотель. Фізика. М., 1937.
3. Белінцев Б.М. Дисипативні структури і проблема біологічного формоутворення / / УФН, 1983, т. 141, вип. 1.
4. Блауберг І.В., Мирський Е.М., Садовський В.Н. Системний підхід і системний аналіз / / Системні дослідження: Щорічник, 1982. М., 1982.
5. Блауберг І.В., Юдін Е.Г. Становлення і сутність системного підходу. М., 1973.
6. Бурбакі Н. Архітектура математики / / Математичне просвітництво. М., 1959, вип. 5, с. 106 --- 107.
7. Васильєв В.А., Романовський Ю.М., Яхно В.Г. Автохвильовим процеси в розподілених кінетичних системах / / УФН, 1979, т. 128, вип. 4.
8. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Що таке синергетика / / Нелінійні хвилі. М., 1983.
9. Дружинін Д.Л., Іванова О.М., Фурман Г.А. Моделювання критичних явищ в реакції СO з O на платині / / Хімічна фізика, 1986, N 10.
10. Дружинін Д.Л., Іванова О.М., Фурман Г.А. Моделювання критичних явищ при гетерогенному окисленні водню на нікелі. Чорноголова, Відділення хім. фізики АН СРСР, 1985.
11. Євиного І.А., Яблонський А.І. Моделі розвитку і теорія катастроф / / Системні дослідження: Щорічник, 1982. М., 1982.
12. Жаботинський А.М. Концентраційні автоколивання. М., 1974.
13. Кадомцев Б.Б. Колективні явища в плазмі. М., 1976.
14. Клімонтовіч Н.Ю. Без формул про синергетики. Мінськ, 1986.
15. Кузьмін М.В. Парадокс ЕПР і проблема повноти квантової механіки / / Філософські науки, 1980, N 4.
16. Курдюмов С.П., Малінецкій Г.Г. Синергетика --- теорія самоорганізації: Ідеї, методи, перспективи. М., 1983.
17. Маркарян Е.С. Культура як система: Загальнотеоретичні та історико - методологічні аспекти проблеми / / Питання філософії, 1984, N 1.
18. Мирський Е.М. Міждисциплінарні дослідження та дисциплінарна організація. М., 1980.
19. Мойсеєв М.М. Людина. Середа. Товариство. М., 1982.
20. Молчанов Ю.Б. Парадокс Ейнштейна --- Подільського --- Розена і принципи причинності / / Питання філософії, 1983, N 3.
21. Ніколіс Г., Пригожин І. Самоорганізація в нерівноважних системах. М., 1979.
22. Ойзерман Т.І. Емпіричне і теоретичне: відмінність, протилежність, єдність / / Питання філософії, 1986, N 1.
23. Панченко А.І. Поняття стану, ймовірність і детермінізм / / Філософські науки, 1986, N 5.
24. Полак Л.С., Михайлов А.С. Самоорганізація в нерівноважних фізико - хімічних системах. М., 1983.
25. Пригожин І. Час, структура і флуктуація: Нобелівська лекція з хімії 1977 / / Успіхи фіз. наук, 1980, т. 131, вип. 2.
26. Романовський Ю.М., Степанова Н.В., Чернавський Д.С. Математичне моделювання в біофізиці. М., 1975.
27. Рузавін Г.І. Синергетика і принцип саморуху матерії / / Питання філософії, 1984, N 8.
28. Садовський В.Н. Підстави загальної теорії систем. М., 1974.
29. Свірєжев Ю.М., Логофет Д.О. Стійкість біологічних співтовариств. М., 1978.
30. Сєров Н.К. Процеси і міра часу. М., 1974.
31. Слинько М.Г., Слинько М.М. Автоколивання та каталіз, 1982, т. 23, N 6.
32. Смирнов Г.А. До визначення цілісного ідеального об'єкта / / Системні дослідження. Методологічні проблеми: Щорічник, 1977. М., 1978.
33. Смирнов Г.А. Про вихідних поняттях формальної теорії цілісності / / Системні дослідження. Методологічні проблеми: Щорічник, 1978. М., 1978.
34. Смирнов Г.А. Основи формальної теорії цілісності (частина перша) / / Системні дослідження. Методологічні проблеми: Щорічник, 1979. М., 1980.
35. Смирнов Г.А. Основи формальної теорії цілісності (частина друга) / / Системні дослідження. Методологічні проблеми. Щорічник, 1980. М., 1981.
36. Смирнов Г.А. Основи формальної теорії цілісності (частина третя) / / Системні дослідження. Методологічні проблеми: Щорічник, 1983. М., 1983.
37. Хакен Г. Синергетика. М., 1980.
38. Хакен Г. Синергетика: Ієрархії нестійкостей. М., 1985.
39. Цехмістро І.З. Парадокс Ейнштейна --- Подільського --- Розена і концепція цілісності / / Питання філософії, 1985, N 4.
40. Щедровицький Г.П. Автоматизація проектування та завдання розвитку проектувальної діяльності / / Розробка і впровадження автоматизованих систем у проектування М., 1975.
41. Ебелінг В. Освіта дисипативних структур при незворотних процесах М., 1979.
Синергетичні стратегії в освіті
Буданов В.Г. (ІФ РАН) А ТРЕБА?
Глобальний цивілізаційна криза кінця ХХ століття, який виявляється у всіх областях людської діяльності, обумовлений двома основними причинами. По-перше, ми вступили, за висловом Ервін Ласло, в "епоху біфуркацій" породжену інтерференцією багатьох циклічних соціокультурних процесів на нестійкій кордоні самознищення, кордоні екстенсивного розвитку техногенної цивілізації, і, по-друге, набирають темп процеси самоорганізації нового інформаційного суспільства, ноосферні механізми якого схоже можуть стати гарантами м'якого сценарію виходу з планетарної кризи. У будь-якому випадку криза характеризується загибеллю багатьох параметрів порядку, зростанням обсягу інформації та комунікативних зв'язків в режимі з загостренням, і, як наслідок цього, породжує фрагментарність сприйняття світу, криза самоідентифікації як особистості, так і соціальних груп, напруженість в міжнаціональних і міжконфесійних відносинах, відносинах людини і природи, культури природничо-наукової і культури гуманітарної і т.д.. Ситуація нагадує біблійний сюжет про змішування мов починаючи вже з рівня наукового дисциплінарного знання. Криза сучасної системи освіти, так само лише частина глобальної кризи, в чималому ступені обумовлений вузько прагматичними установками, орієнтацією на вузько дисциплінарний підхід без горизонтальних зв'язків, жорстке розмежування гуманітарних та природничих дисциплін. Наслідком цього розмежування є не тільки фрагментарність бачення реальності, але і її деформація, що в умовах народжується постіндустріального інформаційного суспільства "третьої хвилі" не дозволяє людям адекватно реагувати на загострюється екологічна криза, девальвацію моральних норм, нестабільність політичних і економічних ситуацій. Ми страждаємо від нездатності охопити комплексність проблем, зрозуміти зв'язки і взаємодії між речами, що знаходяться для нашого сегментованого свідомості в різних областях. Це також пояснює дії багатьох великих організацій та владних структур, що нагадують "сліпий політ". Таке положення показує, що сьогодні долі цивілізації не можуть визначатися ні мудрими урядами, ні міжнародними організаціями, ні вченими до тих пір, поки їх дії не будуть усвідомлено, підтримані широкими верствами населення або, кажучи мовою постнекласичної науки, поки не буде створена нова самоорганізована середу . І сьогодні нове бачення світу, розуміння особистої відповідальності за його долю поступово стають неодмінною умовою виживання Людства і кожного індивідуума. Говорячи про це, французький соціолог Едгар Морен зазначає: "Ми потребуємо демократії розуму, а не в демократії суспільства масового споживання, яка зараз призводить до регресу демократії, особливо з-за того, що ключові питання цивілізації не проходять на рівень політичної свідомості. Але демократія розуму вимагає зміни менталітету, який би уможливив кваліфіковане прийняття рішень громадянами з глобальних проблем. Звідси потреба в радикальній реформі освіти, яка б зробила можливим не тільки аналіз, а й взаімоувязиваніе знань ". На нашу думку, реформа освітньої галузі має спиратися на ідеї цілісності і фундаментальності освіти, але не в дусі традиційного дисциплінарного розуміння фундаментальних наук, заклав освітню парадигму з часів першої фази наукової революції, а з урахуванням парадигмальних змін науки кордону ХХI століття, переходу її в міждисциплінарну стадію постнекласичної науки. Таким чином, реформа освіти в школі, як вищої, так і загальноосвітньої, не може зводитися до косметичних заходів, але пов'язана з кардинальним розширенням поняття фундаментальності освіти, яка дає цілісне бачення природи, людини і суспільства в контексті міждисциплінарного діалогу, в якому однією з найбільших проблем є проблема взаєморозуміння природничника і гуманітарія, або, кажучи словами Чарльза Сноу - проблема двох культур. Причому за експертними оцінками для управління ситуацією нам відпущений лише коротка мить історії - два три покоління, інакше наслідки будуть глобально незворотні, і криза піде за катастрофічним сценарієм. Ось чому освіта повинна зараз нести не тільки традиційну функцію передачі соціального досвіду, але у великій мірі випереджальну, превентивну функцію - підготовка людини до життя в епоху криз.
Про Концепцію ЦІЛІСНОСТІ У стають бутті
Провідне місце в культурі нашої епохи, безперечно, займає наука. Науковий метод, народжений природознавством, останні сто років домінує в духовному світі, формуючи навіть дисципліни про людину і суспільство, йому ми зобов'язані тріумфом техногенної цивілізації, що призвела не тільки до швидкого розвитку економічної та соціальної сфер суспільства, а й викликала глобальну економічну кризу, відчуження людини від природи, все більшу дегуманізацію суспільства. Причини негативних ефектів глибокі, і одна з них у тому, що сьогодні ми повинні визнати існування двох культур, що володіють різними мовами, критеріями і цінностями: культури природознавства з домінантою наукового методу, що включає науки про природу, техніку тощо, і культури гуманітарної, що включає мистецтво, літературу, науки про суспільство та внутрішній світ людини. Сполучною ланкою, як і в минулі часи, повинна балу б стати сучасна філософія, але не змогла чинності пережитого нею кризи та малу популярність. До того ж в Росії сформувалося насторожене ставлення до офіційної філософії: войовничий матеріалізм в рівній мірі придушував як науку, так і мистецтво. І зараз, на жаль, ці культури не стільки доповнюють один одного скільки протистоять, все ще поділяючи людей на "фізиків" і "ліриків", не бажають розуміти проблем опонента, хоча лідерів обох напрямків завжди відрізняло синтетичне мислення. Справа навіть не стільки в тому, що існую вроджені схильності людей (ліво-право полушарнікі), що відмінні предмет і метод пізнання, скільки в історичному корінні еволюції культур їх поступового відчуження. Наука страждала спочатку від церковного догматизму і спекуляцій, потім від вторгнення вульгарної філософії, а мистецтво - від утилітарно-розумового техніцизму і позитивізму Нового часу, причому після Хіросіми і особливо Чорнобиля в середовищі гуманітаріїв виник стійкий антинауковий синдром. Звичайно так було не завжди. Цьому штучному розмежуванню не більше трьохсот років, і зараз багато проблем людства могли б бути вирішені на шляху гармонізації частин спочатку єдиної культури, наприклад за зразком натурфілософії або навіть античної єдиної культури, висхідній до Аристотеля, але на новому рівні розвитку. Складність у тому, що напередодні кризи Розум людства глибоко хворий: у гонитві за міццю абстрактного інтелекту ми на межі самознищення, забуті принципи єдності з навколишнім світом, до цих пір не усвідомлена наша місія співавторства на шляху космічної еволюції, ми тільки зараз почали розуміти ущербність антропоцентризму, проголошеного гуманістами Відродження. Сьогодні лунають заклики повернутися до національного кореня, назад до природи, відродити релігію: всі ці на перший погляд різні рецепти мають єдиний корінь - ностальгію за духовно здоровому соціуму, що живе в гармонії з природою. Але чи можливо наблизитися до такого суспільства без істотних втрат матеріального і культурного потенціалів сучасної цивілізації (Щоб намітити підхід до рішення, доречно провести паралель між лінією еволюції людства і шляхом духовного вдосконалення особистості, коли за короткий період одного життя учень у східній традиції або вибрав "вузький шлях "монах на заході проходять процес ініціації від відносно стабільного стану через душевні випробування, спокуси і хаос до вищого ступеня досконалості. Тисячолітні традиції підтверджують, що в момент ініціацій, сильної нестійкості не можна довірятися розумовим аргументів, вони як правило, ілюзорні, засновані на неконтрольованих імпульсах і можуть призвести до психічної травми і навіть до руйнування особистості, тому в кожній традиції існують свої прийоми фіксації, обмеження варіабельності мислення. Єдиною опорою і дороговказом променем у ці періоди служать додаткові до раціональних моральні критерії, ті корені і вічні цінності, ядро яких універсально під всіх світових релігіях. Екстраполюючи ці механізми на суспільство в цілому, дозволимо собі зробити висновок, що оптимізувати вихід з кризи можна, врівноважуючи, синтезуючи раціональну та гуманітарну компоненти культури. До аналогії між компенсаторними, антіентропйнимі механізмами високорозвинених інтелектуальних систем і мораллю призводить і більш докладний аналіз. Так, криза техногенного суспільства кінця ХХ століття міг би вже закінчитися планетарної ядерною катастрофою, якби не з'явився моральний мотив в політиці 80-х, і тепер є шанс на відносно м'якше проходження кризи. Сьогодні стає очевидною необхідність привнесення в сферу науки моральних, етичних і навіть естетичних категорій, таких характерних для давніх традицій Заходу і Сходу в досвіді єднання людини з природою і космосом. А гуманітаріям слід було б перейняти звичай вчених не відкидати, а переосмислювати ряд наколінні раніше істин, спробувати пояснити закони гармонії на мові більш універсальному, ніж мова суб'єктивно-емоційних переживань. Таким чином, ми приходимо до необхідності формування, з урахуванням знань сучасної науки, цілісного бачення світу, властивого нашим предкам. Синтез мудрості древніх цивілізацій, гуманітарних та природничих наук - це шлях до нового розуміння природи, людини і суспільства. В останні десятиліття такий синтез почався спонтанно в силу логіки розвитку самої науки, інтеграції її дисциплін, розгляду все більш складних систем у фізиці, хімії, біології, що наближаються за складністю поведінки до живих організмів або їх співтовариств, моделюючим, як виявилося, також соціальні та психологічні феномени. Крім того , зараз усвідомлена принципова неусувне ролі людини як спостерігача та інтерпретатор - експерименту, тобто актуальний лише цілісний підхід: природа + людина. Цей напрям науки про складне - синергетика, - спирається на сучасні математичні методи і що є далекосяжних обобщенііем дарвінізму, по суті , може бути названо "еволюційним природознавством" в широкому сенсі. Від Буття до Становленню - ось, дотримуючись Іллі Пригожина, орієнтація нової наукової парадигми, в контексті якої акцент переноситься з вивчення інваріантів системи, положень рівноваги, на вивчення станів нестійкості, механізмів виникнення нового, народження і перебудови структур, самоорганізації. Наприклад, виникає можливість універсальним чином описувати явища самоорганізації, прояснюється значення відкритості систем, роль випадковості і конструктивна роль хаосу, природа катастрофічних революційних змін в системі, механізми альтернативного - історичного її розвитку тощо. Чудово, Що всі ці поняття, до недавнього часу колишні виключно в арсеналі гуманітарного способу мислення, тепер набувають інше, більш глибоке звучання. Тепер можна говорити про виникнення якогось, більш ніж метафоричного, єдиного метамови природничника і гуманітарія. Намічаються розуміння і зустрічний рух двох культур, повернення до єдності на новому рівні усвідомлення світу. Цей процес треба свідомо розвивати, що приведе не лише до примирення, але і взаємозбагаченню двох культур, так як одна представляє раціональний спосіб осягнення світу, інша - діалектично додатковий - інтуїтивний, асоціативно-образний. Діалектичне єдність полягає в тому, що жодна з культур не самодостатня і, відповідно до знаменитої теоремі Курта Геделя про неповноту, рано чи пізно не зможе розвиватися без залучення методів інший, вироджуючись інакше у застиглу догму, або в хаос абсурду. Отже, зміна парадигми, яка відбувається в науці , перехід від ньютонівської до еволюційної, синергетичній парадигмі зараз резонує з потребами культури людства в цілому. Проблеми соціуму у великій мірі пов'язані з укоріненим лінійним, детерміністськими підходом до природи і техніки, який був перенесений на суспільство і сприяв розвитку позитивізму, споживацької ідеології, невміння передбачати екологічні та цивілізаційні кризи. У зв'язку з цим важливим завданням є створення нових курсів викладання природознавства, здатних змінити офіційну ідеологію, дати один із ключів до розуміння механізмів потрясінь у суспільстві, настільки нестійкому і бурхливо мінливому в кінці ХХ століття, сформувати адекватний менталітет соціуму. Це повинні бути курси, що не представляють собою механічне поєднання традиційних курсів фізики, хімії, біології та екології, але які є продуктом міждисциплінарного синтезу на основі комплексного історико-філософського, культурологічного та еволюційно-синергетичного підходів до сучасного природознавства. Його викладання стало можливим на основі застосування нової парадигми, здатної об'єднати природничо-наукову і гуманітарну компоненти культури, і усвідомлення універсальної ролі метамови, який синтезує фундаментальні закони природознавства, філософії та синергетики.
СПОКУСА синергетики: ЩО РОБИТИ?
Отже, сьогодні як ніколи потрібен цілісний трансдисциплінарних погляд на світ, причому на рівні свідомості більшості громадян, інакше в суспільстві не виникне когерентного розуміння глобальних проблем і способів їх вирішення. Та й звідки йому взятися, адже соціальний досвід передається системою освітніх інститутів, які орієнтовані на стереотипи лінійного стабільного розвитку в минулому, а сьогодні необхідно ввести превентивне навчання принципам життя в нестійкому нелінійному світі, де тимчасові масштаби ілюзорні і людина повинна навчитися жити в динамічному хаосі, осягаючи його закони, закони самоорганізації. Для зміни освітньої стратегії відпущений лише коротка мить історії - рубіж тисячоліть, благо нова Холістична методологія вже досить розвинена - це міждисциплінарний напрям науки - синергетика або теорія самоорганізації. На наш погляд природно введення синергетики в освітній процес відразу за трьома напрямками:
I - СИНЕРГЕТИКА ДЛЯ ОСВІТІ (SYNERGETICS FOR): інтегративні курси синергетики в середній і вищій школі по завершенні чергового циклу навчання - підготовча, початкова, середня школа, цикл фундаментальних дисциплін у вищій школі, цикл спеціальних дисциплін, аспірантура, факультети перепідготовки та підвищення кваліфікації вчителів і викладачів, адаптивні курси та отримання другої освіти людьми в зрілому віці. І починати треба зі створення навчальної літератури і спеціальних потоків ФПК. Це шлях спірального сходження по кордонів усвідомлення цілісності світу.
II - СИНЕРГЕТИКА В ОСВІТІ (SYNERGETICS IN): впровадження в приватних дисциплінах матеріалів ілюструють принципи синергетики - в кожній дисципліні, будь то природничонаукова або гуманітарна дисципліна, можна знайти розділи вивчають процеси становлення, виникнення нового, і тут доречно поряд з традиційним використовувати мову синергетики, дозволяє в подальшому створити горизонтальне поле міждисциплінарного діалогу, поле цілісності науки і культури.
III - СИНЕРГЕТИКА ОСВІТИ (SYNERGETICS OF): синергетичність самого процесу освіти, становлення особистості і знання. Тут найбільшою мірою позначається антропний, постнекласичної характер синергетики, у процесах діалогу та розвитку самореферентних систем. Високі приклади педагогічної майстерності та авторських методик і є найкращі зразки додатка цілісних синергетичних підходів, але сьогодні проблема не в тому, щоб створити єдину методику, а в тому, щоб навчити педагога усвідомлено створювати свою, тільки йому притаманну методику і стиль, залишаючись на позиціях науки про людину. Сьогодні ідеї синергетики все ширше підтримуються наукової та педагогічної громадськістю: зокрема, в рамках програми нової дисципліни "Природознавство" для гуманітаріїв у всіх вузах Росії обов'язково вивчення великого (16 лекцій) розділу "Синергетика", готується ряд навчальних посібників з синергетики та її додатків, створюються ФПК. В області синергетичних методик навчання розпочаті активні дослідження в РАВ та РАН, а в ряді найбільш ефективних освітніх синергетичних технологій безумовний інтерес викликає "Автодідактіка" В. А. Куринського.
1. Московський Синергетичний Форум "Сталий розвиток у мінливому світі". (Січень 1996). Тези. Програма. ІФ РАН, ІПМ РАН. 1996.
2. Буданов В.Г.. Концепція природничо-наукової освіти гуманітаріїв: еволюційно синергетичний підхід. Вища освіта в Росії, N4, 1994.
3. Орієнтовна програма дисципліни "Сучасне природознавство" для гуманітарних напрямків бакалавріата. (Автори: Буданов В.Г., Мелехова О.П., Суханов А.Д., під редакцією академіка Стьопіна В.С.) Держ. Ком. Вуз. Росії, Москва, февраль1995. .
4. Куринський В.А.. "Автодідактіка", Автодідакт, Москва 1994.
У висновку наведемо останній синергетичний розділ програми курсу "Сучасне природознавство" для гуманітаріїв. Його структура, на наш погляд, при певній адаптації форми та наповнення змісту, може бути взята за основу інтеграційних курсів синергетики у вищій і середній школі, і вже є досвід такого прочитання.
Самоорганізація в фізико-хімічних системах: народження складного
Основне, чим займається наука, це експеримент, так що давайте озирнемося і складемо деяке уявлення про спільність і важливості складних явищ. Те чарівність, яке всі ми відчуваємо від біології, відповідально за кілька розпливчасте ототожнення складності з життям у нашій свідомості. Хоча це й дивно, але саме ці уявлення будуть зруйновані першими в нашій гонитві за розумінням складного. Справді, з 60-х років ми були свідками революційних досягнень, як у математиці, так і у фізиці, що ставить в особливе становище роботу типу опису природи. Колишні протягом багатьох років паралельними шляху розвитку термодинамічної теорії необоротних явищ, теорії динамічних систем і класичної механіки, врешті-решт, зійшлися. Це переконливо доводить, що пролом між "простим" і "складним", між "впорядкованістю" і "разупорядоченності" набагато вужче, ніж думалося раніше. Як відомо, прості приклади з вузівської програми з механіки не можуть продемонструвати складного поведінки. Маятник, до якого прикладена періодична збурювальна сила, на кордоні між вібрацією і обертанням призводить до багатого розмаїття типів руху, включаючи можливість випадкових квазітурбулентних відхилень від рівноважного положення. У таких звичайних системах, як шар рідини або суміш хімічних продуктів, за певних умов можуть виникати макроскопічні явища самоорганізації у вигляді ритмічно змінюються в часі просторових картин. Коротше, ясно, що складність властива не тільки біології. Вона вторгається у фізичні науки, і, схоже, що її корені сягають глибоко в закони природи.
У результаті цих відкриттів інтерес до макроскопічної фізики, тобто фізики явищ, що протікають у звичних нам масштабах, зростає надзвичайно.
СИНЕРГЕТИКА І НОВІ ПІДХОДИ ДО ПРОЦЕСУ НАВЧАННЯ
Є. Н. Князєва, С.П. Курдюмов 1. Чому синергетика має особливе значення для освіти?
Міждисциплінарність синергетики. Новий напрям наукових досліджень - синергетика - має особливий статус. Вона міждисциплінарна, бо орієнтована на те, щоб виявити закони самоорганізації та коеволюції складних систем будь-якої природи, незалежно від конкретної природи складових їхніх елементів '. Цим визначається, перш за все, специфічна роль синергетики в системі освіти. Синергетичні дослідні програми останнім часом виходять далеко за межі природничо-наукового знання, тих областей математичної фізики, фізики лазерів, фізики плазми та фізичної хімії, в яких були розроблені базові синергетичні моделі. Синергетика плідно застосовується до дослідження людини, людської культури і суспільства, в таких областях як нейробіологія і нейроімунологія, когнітивна психологія та психологія сприйняття, психіатрія та психотерапія, різні галузі медицини, економіка і соціологія, наукознавство та культурологія.
Поряд з терміном "Міждисциплінарність" для характеристики нової теорії самоорганізації та складності використовуються також терміни "трансдисциплінарності" і "мультидисциплінарної". Ці поняття близькі один до одного, хоча і мають деякі відмінності.
"Трансдисциплінарності" характеризує такі дослідження, які йдуть "через" і "крізь" різні дисципліни і виходять "за межі" конкретних дисциплін. Тобто дослідження виходять на більш високий рівень, якийсь мета-рівень, який не залежить від тієї чи іншої конкретної дисципліни. Цей термін використовується головним чином французькими науковими центрами з дослідження складних систем. "Міждисциплінарність" ж означає, перш за все, перенесення методів дослідження і використовуваних моделей з однієї наукової дисципліни в іншу. А "мультидисциплінарної" є характеристикою такого дослідження, коли предмет вивчається одночасно кількома науковими дисциплінами. Можливо, доцільніше говорити про "трансдисциплінарних стратегіях" і "міждисциплінарних дослідженнях", бо "трансдисциплінарності" означає відправні пункти пошукової роботи і спрямованість досліджень, тоді як "Міждисциплінарність" показує основний зміст дослідження.
Синтетична функція синергетики
Завдяки своїй міждисциплінарності синергетика веде до нового конструктивного діалогу між фахівцями у різних наукових дисциплінах. Синергетика робить кроки в напрямку синтезу природничих і гуманітарних наук.
Синтетична функція синергетики не обмежується наведенням мостів між науками про природу і науками про людину і культурі. На базі синергетичного бачення світу варто досліджувати наступні напрямки можливої синтезу:
* Східне (холістичне, синтетичне) і західне (аналітичне) бачення світу;
* Підстави науки (строгі моделі, математичні теореми, фізичні механізми явищ) і їх застосування (включаючи найбільш віддалені програми синергетики до соціальних і людиновимірна система);
* Дескриптивні та нормативні аспекти науки, знання і цінності, "одиниці інформації" і цінність цієї інформації для людської активності, наприклад, опис спектрів структур-атракторів, шляхів еволюції складних систем і можливостей людського вибору, пов'язаного з певними цінностями, уподобаннями людини;
* Наука (нова наука про складність, нелінійності і хаосі) і культура, мистецтво, філософія; синергетичні знання і образи культури, в тому числі філософські ідеї, резонуючі з синергетикою; строгі моделі еволюції і засоби візуальної репрезентації патернів еволюції і самоорганізації складних систем.
Синергетика як стратегія дослідження.
Синергетична знання, будучи зверненим до вирішення нових наукових проблем, стає методом пошукової діяльності. Мова йде про методологічну та евристичної функції синергетики. Якщо встановлено загальні закони самоорганізації і нелінійного синтезу складних систем і формоутворень природи, то на основі цього знання можна будувати очікування і прогнози про характер протікання процесів структуроутворення та еволюції структур в досліджуваних областях природної і людської реальності. Декарт, визволитель чистого духу, вперше ввів ідею методу як порядку в розгортанні наших думок. Синергетика, взята як метод, стає інструментом пошукової діяльності. Вона може підказати, як зробити в дослідженні наступний крок. Вона є savoir faire дослідника.
Синергетика виходить далеко за межі вузькоспеціальних застосувань загальних теоретичних моделей складного поведінки. Здійснюється перехід від синергетики процесів у плазмі до синергетичного осмислення соціальної реальності, когнітивної та творчої діяльності людини, до синергетики життя. Там, де поки недоступна математизація, синергетика застосовується в якісному вигляді. У такому випадку вона виступає як феноменологічна синергетика.
Синергетика і дослідження майбутнього.
Синергетика має футурологічний вимір. Синергетична теорія може бути використана як новий методологічний базис для дослідження майбутнього, для глобального моделювання і побудови сценаріїв розвитку.
Існує і інша сторона зв'язку синергетики з майбутнім. Майбутнє суспільства багато в чому визначається системою освіти і виховання підростаючого покоління. Освіта, побудоване на принципах синергетики, найбільш ефективно, і відповідає потребам всебічного розкриття здібностей особистості і способам безперервної самоосвіти.
Синергетика як метод і зміст освіти.
Таким чином, роль синергетики в освіті двояка. Мова може йти про синергетичних підходах до освіти, синергетичних способи організації процесу навчання і виховання, а також про утворення через синергетику, шляхом передачі та розповсюдження синергетичних знань. У першому випадку синергетика виступає як метод утворення, а в другому - як його зміст.
2. Синергетичні методи освіти
Самоосвіта. Самоорганізація - одне з ключових понять синергетики. В аспекті освіти це означає самоосвіта.
Краще управління - це самоврядування. Ще даосісти говорили, що хороший той правитель, який керує як можна менше. Переформулюючи цю мудрість Сходу, можна сказати, що хороший той вчитель, який вчить, вірніше повчає, як можна менше. Головне - не передача знань (всього передати неможливо!), Але оволодіння способами поповнення знань і швидкої орієнтації у розгалуженій системі знання, способами самоосвіти. А в передачі цього know how може допомогти вчитель. Нелінійний діалог. Парадигма самоорганізації, або синергетична парадигма, тягне за собою новий діалог людини з природою. Вона призводить також до нового діалогу людини з самим собою і з іншими людьми. Нелінійна ситуація, ситуація біфуркації шляхів еволюції чи стан нестійкості нелінійного середовища, її чутливості до малих впливів, пов'язана з невизначеністю і можливістю вибору. Здійснюючи вибір подальшого шляху, суб'єкт орієнтується на один з власних шляхів еволюції складної системи, з якою він має справу, а також на свої ціннісні переваги. Він вибирає найбільш сприятливий для себе шлях, який в той же час є одним із спектру шляхів, що визначаються внутрішніми властивостями цієї складної системи, тобто одним з реалізованих в ній шляхів. Синергетику тому можна розглядати як оптимістичний спосіб опанування нелінійної ситуацією. З синергетичної точки зору процедура навчання, спосіб зв'язку навчає і навчається, вчителя і учня може бути представлена наступним чином. Це - не перекладання знань з однієї голови в іншу, не просвіта і не підношення готових істин. Це - нелінійна ситуація відкритого діалогу, прямого і зворотного m зв'язку, солідарістіческого освітнього пригоди, попадання - в результаті розв'язання проблемних ситуацій - в один і той же, самоузгоджених темпомір. Останнє означає, що завдяки спільній активності в такого роду ситуації вчитель і учень починають функціонувати з однією швидкістю, жити в одному темпі. Пробуджуюче навчання. Головна проблема полягає в тому, як керувати, не керуючи, як малим резонансним впливом підштовхнути систему на один з власних та сприятливих для людини шляхів розвитку, як забезпечити самокероване і самопідтримується розвиток. Проблема також у тому, як долати хаос (неорганізовані і спонтанні устремління учня), його не долаючи, а роблячи творчим, перетворюючи його в поле, що народжує іскри інновацій. Синергетичний підхід до освіти полягає в стимулюючому, або пробуджують освіті, освіті як відкритті себе або співпрацю з самим собою і з іншими людьми.
Мабуть, існують певні конфігурації ситуацій пізнання, навчання або життя. Щоб діяти найефективніше, треба діяти в потрібний час і в потрібному місці. Мова йде про так званих резонансних, топологічно правильних діях. Результати їх можуть бути дуже несподіваними і багатообіцяючими. Навчання як адаптивна модифікація. З точки зору еволюційної епістемології, яка використовує еволюційні, у тому числі і сучасні нелінійні, синергетичні моделі для розуміння процесів пізнання, творчості, а також придбання нового знання в процесі навчання, навчання постає як "адаптивна модифікація" (К. Лоренц 1965) генетично уродженого поведінки. Сама можливість навчання означає суттєву перевагу людської істоти в досягненні того, для чого в ході звичайної дарвінівської еволюції знадобилося б тисячоліття невизначених мутаційних змін. Культурна еволюція, на противагу історичному розвитку біологічних видів, є ламаркіанской за своїм характером, тобто висловлюючись на біологічному мовою, придбані індивідом протягом його життя зміни, його знання і накопичений досвід, успадковуються, передаються наступним поколінням. Навчання має резонансну природу: здійснюється прискорений перехід до нових, модифікованим структурам знання і поведінки. Грубо кажучи, відбувається "штампування", матрична передача цілісних зразків знання, що складає основу для подальших творчих пошуків індивідуального розуму. Навчання як фазовий перехід. У результаті процесу навчання глибоко перебудовується особистість учня. З синергетичної точки зору, як показує Скотт Келсо, навчання протікає як "специфічне видозміна вже існуючих патернів поведінки в напрямку того завдання, яке належить вирішити. Хоча ми не знаємо точно, що відбувається в мозку людини, але є певні підстави припускати, що навчання не тільки підсилює сліди пам'яті і вже існуючі синоптичні зв'язку, але і радикально перебудовує всю конфігурацію структури-атрактора. "Досліджуваний патерн модифікує внутрішню динаміку. Навчання є процесом, в результаті якого патерн потрапляє в пам'ять. Ми говоримо, що патерн поведінки засвоюється в тій мірі, в якій внутрішня динаміка змінюється в напрямку патерну, який належить вивчити. Коли процес навчання завершений, закарбована у пам'яті патерн визначає аттрактор, стабільний стан (тепер модифікованої) динаміки патерну ".
Тривалий процес навчання або самоосвіти, творчої роботи взагалі пов'язаний з цілою серією подій якісної перебудови атракторів, свого роду фазових переходів. Людина стає іншим. Розвиваючи основи діалогічного мислення і способу життя, німецький філософ екзистенціального напрямку Мартін Бубер зовсім з іншого боку приходить до аналогічного висновку:
"Зв'язок є взаємність. Моє Ти впливає на мене, також як і я надаю вплив на нього. Наші учні впливають на нас, наші роботи будують нас. Гештальт - освіта. Відкриваючи принципи складання складного через просте, синергетика будує новий холізм. Синергетичний підхід до людині - це холістичний підхід. Якщо мова йде про освіту, то це гештальтобразованіе. Процес навчання, зв'язок навчає і навчається, постає як їх "синергетичне пригода". при якому в самому навчають, виявляються приховані потенції. установки (структури-атрактори) на перспективні тенденції власного розвитку.
'Тештальт "означає в перекладі з німецького" патерн "або" конфігурація ". Гештальтпсихологи вважають, що сприйняття образу не може бути розбите на примітивні відчуття, що виникають від частин цього образу. Сприйняття образу виникає в цілому, і воно неподільне. Дотримуючись цієї традиції, гештальтобразованіе можна витлумачити як передачу цілісних блоків інформації, якісну зміну схем патернів мислення, а також як перебудову самої конфігурації ситуації навчання. Навчитися мислити синергетично - значить навчити мислити нелінійно, мислити в альтернативах, припускаючи можливість зміни темпу розгортання подій і якісної ломки, фазових переходів в складних системах.
3. Повернення до візуального мислення
Нові синергетичні знання і нові підходи до освіти вимагають інших, що відповідають рівню сьогоднішнього дня способів передачі та поширення цих знань. Перш за все за доцільне всебічно розробляти засоби візуалізації синергетичних знань на комп'ютерах. А для цього необхідно перевести основні поняття і уявлення синергетики на мову образів світової культури, співвіднести їх з філософськими поглядами, з символікою міфології і релігії. Відомо, що у людських істот саме зоровий канал є найбільш потужним у сприйнятті і переробці інформації, що надходить. Більше половини нейронів кори головного мозку людини пов'язані з обробкою візуальної інформації. Тому найбільш ефективними є такі способи передачі знань, як "текст 4 - образ", формула + візуалізація описуваного нею ходу процесу ".
У зв'язку з цим варто нагадати, що первісне, архаїчне мислення було переважно образним, якщо можна так висловитися "правопівкульних". Це було мислення в уявленнях і символічних образах. Подальший багатотисячолітнього хід еволюції культури і науки, особливо західної, привів до всебічного розвитку логічних, аналітичних, вербальних засобів обробки інформації та презентації знань, заснованих на логіко-понятійному, "левополушарном" мисленні. При цьому наочність і образність архаїчного мислення була багато в чому втрачена. Існувала навіть схильність спеціально виганяти наочність, нібито, що заважала розумінню абстрактно-теоретичних результатів фундаментальних наукових досліджень. Такого роду тенденція спостерігалася, наприклад, при переході від геометричних до алгебраїчних доказам, а також під час розробки квантово-механічної теорії.
У результаті нинішнього бурхливого розвитку математичного моделювання, обчислювального (на комп'ютерах) експерименту, комп'ютерної графіки відкриваються можливості для нового синтезу, синтезу відео, аудіо, текстуальних і формалізовано-математичних засобів передачі наукової інформації, а отже, для одночасного використання переваг і "лівопівкульним" (логіко-понятійного), і "правополушарного" (наочно-образного) мислення. Прорив до нового здійснюється шляхом повернення до старого. Образне мислення древніх відроджується на новій основі. Здібності продуктивної уяви і творчої інтуїції отримують нові імпульси для розвитку завдяки занурення людини у віртуальні реальності, модельований комп'ютером. Не випадково в наші дні поряд з гіпертекстом електронних посібників надзвичайно широким попитом починають користуватися візуальні енциклопедії з фото і картинками навіть для дорослих.
Через синергетику виявляється можливим з'єднання двох взаємодоповнюючі способів осягнення світу-осягнення через образ і через число. Синергетика дозволяє зблизити Схід і Захід, східне, нагляднообразное, інтуїтивне сприйняття світу і західне, логіко-вербальне.
4. Синергетика як спосіб інтеграції природничо-наукового і гуманітарної освіти
На основі синергетики можливо також зближення гуманітарного та природничо-наукової освіти. Гуманітарна освіта все більше математизуються. Використання комп'ютерних програм, візуалізуючих синергетичні знання,-це реальний шлях для гуманітаріїв засвоїти глибоко змістовні поняття та ідеї, що отримуються на самому передовому краї математичної і фізичної наук, залучення в оборот свого мислення важливих світоглядних наслідків та висновків зі складних аналітико-математичних розрахунків і математичного моделювання процесів утворення та еволюції складних структур в нелінійних середовищах.
Для спеціалізуються в галузі природознавства - це спосіб підвищення їх загальної культури мислення, розширення їх культурологічної освіти.
5. Навчальні комп'ютерні програми з синергетики
Розробка навчальних комп'ютерних програм із синергетики почалася в 1992 році в рамках математичного факультету Російського відкритого університету. Ця досить об'ємна робота поки не завершена. В основі її лежать результати багаторічних досліджень наукової школи в Інституті прикладної математики ім. М. В. Келдиша та Інституті математичного моделювання РАН. Математичні моделі (диференціальні рівняння типу теплопровідності, квазілінійних, з джерелом), візуалізовані на екрані комп'ютерів за допомогою графіків, несуть у собі глибоко змістовні ідеї, які стають доступними навіть для не володіють математичним апаратом. Навіть на звичайному персональному комп'ютері можна відтворювати реальні процеси еволюції, що протікають у відкритих нелінійних середовищах. І це відкриває можливості для масового навчання синергетики, синергетичного бачення світу.
За допомогою використання комп'ютерів вирішується одна з найважливіших завдань освіти - налагодження міцної зворотного зв'язку між навчальним і студентів, розвиток діалогу між репрезентантом нових знань і сприймає їх суб'єктом, а також розширення можливостей вибору досліджуваного матеріалу, вільний рух в навчальному проблемному полі пошуку. Відкривається можливість вирішення завдання-передати не "знання що", а "знання як" "know how", тобто включити у навчається внутрішні механізми переробки та продукування нових знань згідно засвоєним загальних методів, моделей і схемами, запалити внутрішній вогонь творчості в його душі.
Навчальна комп'ютерна програма в ідеалі повинна будуватися як якась захоплююча гра, як драма ідей, театр ідей. За графічними образами, картинками, що представляють перебіг процесів у відкритих нелінійних середовищах, ховаються складні математичні викладки, багаторічні дослідні роботи фахівців у цій галузі. А самі картинки виявляються доступними багатьом, навіть незнайомим з математикою.
Перед учнями, користувачем комп'ютерного продукту ставляться деякі питання, на які він самостійно намагається знайти відповідь. Далі здійснюється перевірка і дається пояснення, чому саме ця відповідь є правильним.
Персональний комп'ютер стає установкою, на якій можна відтворювати реальні процеси, що протікають у відкритих нелінійних середовищах. Користувач отримує можливість експериментувати, "грати" ходом процесів і досягати порозуміння, чому процеси протікають так, а не інакше.
Щоб у комп'ютерний продукт, навчальну дискету була закладена такого роду гра, щоб ввести ігрові та діалогові елементи в процес взаємодії людини і комп'ютера, потрібно змоделювати на комп'ютері найпростіші прояви людської особистості. Адже образ психіки творить людини - це фактично образ постійної гри розуму, блукання по міцелію можливих розумових ходів. Це-діалог між скептиком і догматиком, фантазером і реалістом, між які виходять далеко за межі жорстко встановленого і обережним, вузькопрофесійному орієнтованим фахівцем. Ці рольові типажі живуть в більш-менш вираженій формі в кожному з нас. А значить, навчальна дискета неминуче несе на собі відбиток особистості її творця. Творець навчальною дискети доводить до споживача свою власну енергетику, аромат своєї власної душі.
Комп'ютерна графіка, будучи одним із сучасних способів синтезу науки і мистецтва, має важливе дидактичне значення. Відеофільми й навчальні комп'ютерні дискети роблять новітні результати наукових досліджень наочними, легко сприймаються і розуміються. Крім того, вони дозволяють передавати інформацію в максимально стислій формі.
Можлива розробка самих різних типів навчальних дискет із синергетики, різного інформативного змісту і різного дидактичного рівня складності. Можливі дискети чисто довідкового характеру (керівництва за новими методами аналітичних розрахунків і математичного моделювання), а також дискети, які ініціюють науковий пошук, що показують межі проведених на цей день досліджень і коло завдань, які ще належить вирішити. А кожен дослідник на своєму власному досвіді знає, що правильна постановка проблеми, розуміння напрямку пошуку, бачення перспективних кроків досліджень, часто навіть важливіше самої реалізації цих кроків, вирішення проблеми.
Розробка і масове поширення нетрадиційних, освітніх засобів, комп'ютерних програм, відеофільмів і навчальних дискет для візуалізації нових уявлень про самоорганізацію і коеволюції в природних і соціальних системах покликане привести до того, що знання стане товаром, причому одним з найбільш цінних, соціально-значимих. Бо синергетичні знання, як ми намагалися тут показати,-це не просто інформація, але новий спосіб мислення та бачення світу, спосіб продукування нових знань, тобто знання методу. Все це може принципово змінити соціальний статус вченого. Вчений буде здатний виробляти продукти, які розійдуться мільйонними тиражами, швидко розкупляться, отримають масового споживача. Створення "золотий" дискети із синергетики є ключ до багатьох областях сучасної освіти.
СИНЕРГЕТИКА І ОСВІТНІ ЦІННОСТІ
К. Х. Делокаров, Ф. Д. Демидов Філософія, "вписуючи" відкриття науки в "тіло культури", розширює проблемне і предметне поле людини. Це відноситься і до взаємин філософії і нової концепції самоорганізації, яку різні автори називають одні - синергетикою, інші - концепцією дисипативних структур, треті - теорією катастроф.
Філософія, поважаючи себе і несучи відповідальність за майбутнє, не може дозволити ні снобістське філософствування без врахування досягнень науки, ні зведення своєї функції до ролі коментування основних досягнень наукового знання.
При цьому роль філософії по відношенню до фундаментальних досягнень науки залежить від того, на якому етапі розвитку науки перебуває осмислюється нею нова наукова теорія, бо, як одного разу зауважив А. Шопенгауер наукова істина в своєму розвитку проходить через фази. У першій фазі вона просто відкидається як абсурд. У другій фазі вона приймається як можлива гіпотеза, яка була висловлена вже давно. На третій стадії цю наукову істину сприймають уже як очевидну. Синергетика вже пройшла перший етап. Пройшли часи, коли, наприклад, робота Б. П. Білоусова, що стала класичною і увійшла в науку як реакція Бєлоусова-Жаботинського, що відноситься до початку 50-х років, довгий час не публікувалася, оскільки подібне "теоретично було неможливо". Мабуть, сьогодні ми перебуваємо в процесі переходу з другої фази в третю.
Для того щоб визначити наскільки грунтовні методологічні та світоглядні претензії нової галузі знання, розглянемо еволюцію наукової картини світу з моменту виникнення першої фундаментальної наукової теорії - класичної механіки. Наукова картина світу - результат взаємодії філософії і фундаментальних природничо досягнень в новоєвропейської та світової культури з моменту виникнення механіки, що стала ядром першої наукової картини світу. Отже, після виходу в світ епохальної роботи І. Ньютона
"Математичні начала натуральної філософії"
У 1687 році починається новий етап у стосунках філософії і науки. Саме з цього часу починається рух знання - думки не тільки від філософії до конкретно науковим уявленням, але і, навпаки, класична механіка стає джерелом нових філософських роздумів. Починаючи з осмислення класичної механіки та екстраполяції її ідей в інші сфери, формується новий методологічний інструмент, - наукова картина світу, - який служив мостом, що з'єднує загальне і часткове, наукові та філософські уявлення. Таким чином, з'являється перша механічна (класична) картина світу, ядром якого виступали базові ідеї класичної, ньютонівської механіки, з механічною причинністю, абсолютним простором і часом і абсолютним рухом. Категоріальною сіткою, яка об'єднує різні механічні уявлення про світ, були поняття простір, час, сила і рух. Механічна картина світу служила культурі вірою і правдою майже двісті років.
Класична картина світу була онтологізіровал. У ній, на думку тих учених і філософів, які її створювали, не було нічого суб'єктивного. Вона відображала об'єктивну реальність такою якою вона є. У ній діє суворо однозначна зв'язок між причиною і наслідком. Тому в ній минуле однозначно визначає сьогодення, а сьогодення - майбутнє. Цей зв'язок часто називають лапласовскій детермінізмом.
Перш ніж перейти до наступної некласичної (релятивістської, а потім і до квантовомеханічної) картині світу, зробимо кілька зауважень щодо суті наукової картини світу.
Наукова картина світу - синтетичне утворення, що з'єднує на базі найбільш фундаментальної наукової теорії, різноманітні гіпотези та ідеї в самих різних галузях знання. На відміну від наукової теорії наукова картина світу говорить не про якусь конкретну області знання, але про світ у цілому. Звісно, в процесі такого, "синтезування" різнорідних навчань та екстраполяції ідей найбільш розвиненою наукової теорії на інші області бракує знання заповнюються відповідними гіпотезами. Тому наукова картина світу - це картина своєрідно з'єднує об'єктивне і суб'єктивне. Вона прагне стати системою знань про світ і створює цілісну картину на базі найбільш розвиненою теорії.
Некласична наукова картина істотно змінила колишні уявлення про світ, оскільки прийняла за основу результати релятивістської і квантової механіки. Тим самим змінилася онтологія світу. Прийшов в рух весь категоріальний апарат науки. Змінився стиль мислення, мета наукового знання. З словника науки були еліміновані колишні абсолюти - абсолютний простір руху, абсолютна маса, абсолютний лапласовскій детермінізм.
Тим самим була переглянута онтологія світу, оскільки змінилося уявлення про реальність, причинності, закономірності, мети пізнання. Вона стала включати в себе не тільки актуально дане, але й потенційно можливе. Суб'єкт став повертатися в теорію. Імовірність стала законною частиною науки, а не результатом незнання. Статистичні закони стали формою опису мікропроцесів. Тим самим радикально були переглянуті підстави класичної картини світу і на новій онтології створена некласична картина світу, яка склалася приблизно у першій третині XX століття і панувала до недавнього часу.
Починаючи з 70-х рр.. формується постнекласична картина світу, ядром якого виступають ряд нетрадиційних уявлень, що одержали назву "синергетика" у німецького вченого Германа Хакена зі Штутгарта, теорія дисипативних структур у Іллі Пригожина (Брюссельська школа), теорія катастроф у французького математика Тома Рене.