СИНЕРГЕТИКА (3)

Но теперь одна из возможных структур предпочтительнее другой и подлежит отбору" (Пригожин, И.Стенгерс). Вблизи бифуркационной точки сильно неравновесная система оказывается особо чувствительной и к незначительным флуктуациям ("нарушениям" или "возмущениям") того или иного параметра (условия) процесса; по определению Г.Николиса и Пригожина, "событие, происходящее в системе случайно и локально изменяющее (в общем случае слабо) некоторые из ее характеристик и свойств, называется возмущением". В равновесных состояниях действие второго начала термодинамики нейтрализует действие флуктуации, неизменно заставляя систему возвращаться к исходному (стационарному) состоянию. Собственно, устойчивым состоянием системы и называют такое "состояние, когда... действующие... возмущения затухают во времени", "не оставляя следов в системе" (Г.Николис); Г.Хакен описывает эту ситуацию в терминах "принципа подчинения параметру порядка"; Пригожин и И.Стенгерс — в терминах "невосприимчивости системы к флуктуациям". Однако при подходе системы "вплотную к точкам бифуркации" ситуация меняется радикальным образом: "флуктуации становятся аномально сильными и закон больших чисел нарушается... Амплитуды флуктуации имеют такой же порядок величины, как и средние макроскопические значения.

Следовательно, различия между флуктуациями и средними значениями стираются" (Пригожин, И.Стенгерс). Это приводит к тому, что принцип подчинения параметру порядка перестает выполняться и, как фиксирует Г.Хакен, "первоначально устойчивая мода более не подчиняется параметру порядка и становится неустойчивой", — на соответствующем графике "изобразительная точка попросту перескакивает из одной области в другую". Соответственно, флуктуации играют важнейшую роль в процессе самоорганизации: по оценке А.Баблоянц, "флуктуации имеют критическое значение для начала процесса самоорганизации однородного, но не устойчивого состояния системы". Речь в данном контексте идет как о действующих на систему внешних флуктуациях, так и о самопроизвольных возмущениях внутри системы, в случае чего процесс самоорганизации выступает, по формулировке Т.Райста, Н. ван Кампена и др., в качестве имеющего эндогенное происхождение. Собственно, по оценке С.П.Курдюмова, в обрисованном контексте "может быть поставлена под вопрос сама боровская относительность к средствам наблюдения — этот якобы продуцируемый гносеологический (субъект-объектный) фактор в исследовании квантовомеханических ситуаций.

Можно выдвинуть гипотезу об объективной, а не приборной вероятности". Принципиально важным в рамках синергетической парадигмы является то, что феномен флуктуации играет в процессах самоорганизации двоякую роль. С одной стороны, флуктуация инспирирует этот процесс, приводя систему в состояние неустойчивости, — "существование неустойчивости можно рассматривать как результат флуктуации, которая сначала была локализована в малой части системы, а затем распространилась и привела к новому макроскопическому состоянию" (Пригожин, И.Стенгерс). С другой стороны, флуктуация и содержательно определяет результат самоорганизационного изменения системы. Последнее обеспечивается за счет того, что в случае неравновесных процессов имеет место феномен так называемого "усиления флуктуации", отменяющего действие закона больших чисел. В российской школе синергетических исследований данный феномен получает название "разрастания малого". Классическим примером, используемым в С. для иллюстрации "усиления флуктуации", выступает сформулированный Г.Николисом и Пригожиным (и фактически повторяющий известный сюжет с бабочкой у Р.Брэдбери) тезис о том, что в принципе, полет мухи в Кембридже (штат Массачусетс) может привести к общему изменению климата в Индии. В непосредственной близости от точек бифуркации в соответствующей системе наблюдается значительное число флуктуации, и, по выражению Пригожина и И.Стенгерс, система как бы "колеблется" перед выбором из возможных путей развития, — в этом случае "небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы". Таким образом, малое возмущение в системе, находящейся вблизи бифуркационной точки, может привести к возникновению нового организационного порядка системы (включая и самоорганизацию исходно гомогенной среды), — подобный феномен фиксируется в С. посредством понятия "порядка через флуктуацию". В своем предисловии к работе Пригожина и И.Стенгерс "Порядок из хаоса.

Новый диалог человека с природой" Тоффлер следующим образом описывает эту процедуру: "можно сказать, что вся система содержит подсистемы, которые непрестанно флуктуируют. Иногда отдельная флуктуация или комбинация флуктуации может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (который... называют особой точкой или точкой бифуркации) принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или оно перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности". Таким образом, разработанные современной С. концептуальные "модели "порядка через флуктуацию" открывают перед нами неустойчивый мир, в котором малые причины порождают большие следствия" (Пригожин, И.Стенгерс). Отвечая на вопрос, каков механизм "выбора" системой того или иного пути развития из веера возможных, С. постулирует фундаментальный статус в этом процессе феномена случайности: "по какому пути пойдет дальнейшее развитие системы после того, как она достигнет точки бифуркации?.. Каким образом система "выбирает"?.. В этом выборе неизбежно присутствует элемент случайности: макроскопическое управление не в состоянии предсказать, по какой траектории пойдет эволюция системы.

Не помогает и обращение к микроскопическому описанию... Перед нами — случайные явления, аналогичные бросанию игральной кости" (Пригожин, И.Стенгерс). Собственно, эволюция в этом контексте интерпретируется как процесс последовательных бифуркационных переходов, в рамках которого, по выражению Тоффлера, "случайность возникает вновь и вновь, как феникс из пепла". Подобная установка означает формирование нового типа видения детерминационных процессов: по словам Пригожина и И.Стенгерс, "сильно неравновесная система может быть названа организованной не потому, что в ней реализуется план, чуждый активности на элементарном уровне или выходящий за рамки первичных проявлений активности, а по противоположной причине: усиление микроскопической флуктуации, происшедшее в "нужный момент", приводит к преимущественному выбору одного пути из ряда априори одинаково возможных". Важнейшим концептуальным положением С. выступает, таким образом, теорема П.Гленсдорфа—Пригожина, фиксирующая невозможность однозначного определения перспективного вектора эволюции системы в силу наличия ряда альтернативных путей ее развития в неравновесных условиях. Вместе с тем, процессы самоорганизации отнюдь не выступают в синергетической парадигме как индетерминистские: мир "порядка через флуктуацию" не подчиняется законам линейной причинности, "но мир этот не произволен.

Напротив, причины усиления малых событий — вполне "законный" предмет рационального анализа" (Пригожин, И.Стенгерс). Так, например, развивая идеи Пригожина, российские С. на основе анализа физики плазмы выделяют особый режим системы — так называемый режим с обострением (blow up), под которым понимается режим "сверхбыстрого нарастания процессов в открытых нелинейных средах, при которых характерные величины (например, температура, энергия...) неограниченно возрастают за конечное время" (Е.Н.Князева, С.П.Курдюмов). Механизм, лежащий в основе режимов с обострением, — это, по оценке Е.Н.Князевой и С.П.Курдюмова, "широкий класс нелинейных положительных обратных связей". Согласно этому подходу, как сила, так и механизм воздействия флуктуации на развитие системы зависит от того, какую именно фазу blow up переживает система. В медленной фазе режима с обострением (т.е. в квазистационарном состоянии системы) флуктуация, даже возникающая "в центре" системы, нивелируется ("сглаживается"). Что же касается собственно стадии обострения (фазы blow up), то здесь возможны два варианта: если возмущение имеет место "на периферии" системы, то в силу предельно высокой скорости протекания процессов в режиме с обострением, "система может не успеть почувствовать это возмущение", — если же флуктуация имеет место "в центре" системы, то ее воздействие на эволюцию последней оказывается "колоссальным", производя радикальные качественные изменения ее состояния в близкий к точечному период времени. Но, так или иначе, именно флуктуации (и в этом все направления интерпретации синергетической парадигмы изоморфны в оценках) "определяют глобальный исход эволюции системы" (Пригожин, И.Стенгерс). Исходя из этого, школой С.П.Курдюмова показано, что в процедурах самоорганизации оказывается "существенной" (т.е. обладающей креативным потенциалом в отношении структурной организации) не любая случайность, но лишь имеющая место "в условиях режима развития с обострением при наличии нелинейной положительной обратной связи". Как правило, в этой ситуации имеет место механизм автокатализа, когда "продукт реакции действует на процесс по принципу обратной связи и оказывает нарастающий, наподобие снежного кома, каталитический эффект" (А.Баблоянц). Результатом описанных процессов выступают диссипативные (имеется в виду диссипация, т.е. рассеяние энергии) структуры как форма самоорганизации системы: "диссипация обусловлена единичным событием, случайным образом отдавшим предпочтение одному из двух возможных исходов.

После того, как выбор произведен, в дело вступает автокаталитический процесс" (Пригожин, И.Стенгерс). Подобно тому, как для классической (равновесной) термодинамики был типичен теоретический конструкт равновесной структуры (типа "кристаллической решетки"), так для термодинамики современной (неравновесной) базовым теоретическим конструктом выступает "диссипативная структура". Рефлексия синергетической исследовательской традиции по этому поводу выглядит следующим образом: "мы ввели новое понятие — диссипативная структура, чтобы подчеркнуть тесную и на первый взгляд парадоксальную взаимосвязь, существующую... с одной стороны, между структурой и порядком, а с другой — между диссипацией, или потерями... В классической термодинамике тепловой поток считался источником потерь.

В ячейке Бенара тепловой поток становится источником порядка" (Пригожин, И.Стенгерс). Таким образом, сам термин "диссипативные структуры" подчеркивает конструктивную роль процессов диссипации в их образовании, фиксируемую также фундаментальным для С. тезисом "порядок из хаоса". Согласно синергетической концепции (Дж.С.Николис, Х.Пейтген, П.Рихтер и др.), диссипативные структуры представляют собой объективацию своего рода адаптационного потенциала самоорганизующейся системы. По оценке А.Баблоянц, "диссипативные структуры появляются всякий раз, когда система, способная к самоорганизации за счет своих кооперативных свойств, измеряет время и организует пространство для того, чтобы "выжить" при различных воздействиях, оказанных на нее, или для того, чтобы лучше использовать окружающую среду". Диссипативные структуры, согласно синергетической концепции, характеризуются следующими особенностями: 1) они возникают в случаях неравновесного состояния системы как продукт (результат) ее самоорганизации; в своем возникновении они инспирированы случайной флуктуацией того или иного параметра развития системы; они являются принципиально открытыми, т.е. формиру ются только при условии постоянного энергообмена само организующейся системы с внешней средой; 4) в основе их образования лежит механизм обратных связей, предпола гающих осуществление как автокаталитических, так и кросс-каталитических процессов; 5) они реализуют кооперативные взаимодействия на микроуровне, и именно от последних зависят макроскопические свойства диссипа-тивных структур, не редуцируемые, однако, к свойствам их элементов; 6) диссипативные структуры не являются инвариантными относительно времени, а процесс их формирования характеризуется необратимостью по отношению к его течению; 7) адекватное описание диссипативных структур возможно лишь посредством нелинейных уравнений. Исходя из этого, С. утверждает, что, в отличие от консервативных структур, диссипативные структуры фактически представляют собой процесс, сама определенность которого обусловлена его перманентной подвижностью: "структура — это локализованный в определенных участках среды процесс... имеющий определенную геометрическую форму, способный, к тому же, перестраиваться в этой среде.

Структура (организация) есть ... блуждающее в среде пятно процесса" (С.П.Курдюмов). По оценке С., диссипативные процессы являются основополагающим фактором морфогенеза как в живой, так и в неживой природе: именно они, например, сыграли значительную роль на ранних стадиях космогонической эволюции, а крупномасштабные биологические осцилляции (такие, как пространственная упорядоченность живых организмов — от симметрии внутренних органов до рисунка окраса; сезонная периодичность в жизни растений и различных экологических ниш; суточный (циркадный) биоритм растений и животных; сердцебиение у высших животных и многое другое) являются скорее правилом, чем исключением. Важнейшим понятием С., фиксирующим специфику диссипативных структур, выступает понятие аттрактора (лат. attractio — притяжение). Аттрактор определяется Г.Николисом и Пригожиным как режим (состояние), к которому тяготеет система. Выступая в качестве состояния, к которому с течением времени эволюционирует система, аттрактор определяется в С. как "устойчивый фокус, к которому сходятся все траектории динамики системы" (Г.Хакен). Графически это может быть выражено следующим образом: аттрактор выступает как множество точек фазового пространства, к которому — в режиме "crescendo" — тяготеют траектории, изображающие динамику системы: по формулировке Г.Хакена, "траектории должны лежать в начальной области пространства... Если начальные координаты изобразительной точки лежат вне этой области, то через некоторое время точка входит внутрь ее и никогда больше ее не покидает. Другими словами, изобразительная точка притягивается к этой области.

Поэтому, сама область называется аттрактором". В содержательном плане это означает, что состояние-аттрактор выступает в качестве искомой и достигаемой (финальной в конкретной системе отсчета) фазы эволюции. Как отмечено Е.Н.Князевой и С.П.Курдюмовым, "если система (среда) попадает в поле притяжения определенного аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию (структуре)". При изучении процессов самоорганизации С. было зафиксировано то обстоятельство, что среди возможных ветвей эволюции системы далеко не все являются вероятными, "что природа не индифферентна, что у нее есть "влечения" по отношению к некоторым состояниям", — в связи с этим физика "диссипативных систем, производящих энтропию", называет "конечные состояния этих систем "аттракторами" (Пригожин). Важнейшим обстоятельством выступает в этом контексте тот факт, что указанное состояние, к которому эволюционирует система, выступает не только как могущая быть когнитивно зафиксированной перспектива ее развития, но и как реально действенный фактор данного процесса. Фактически аттрактор может быть рассмотрен в качестве фактора порядка (параметра порядка для системы, находящейся в процессе самоорганизации).

Как это было зафиксировано на I Международной конференции Немецкого Общества Сложных Систем, аттрактор выступает как своего рода "стабильное состояние порядка". Синергетический подход активно реализует себя в физике и космологии (А.Бергер, С.Вейнберг, Б.Мизра, С.Пайкраукс, С.Хокинс и др.); химии (Ф.Барас, Ш.Видаль, Н. ван Кампен, М.Маркус, С.К.Миллер, Г.Николис, А.Пако, Б.Хесс и др.); биологии (В.Балакришнан, П.Боркманс, К.Боттани, Дж.Верхагх, Р.Винклер, Д.Вольфграф, Н.С.Гоел, Дж.Девел, Дж.Л.Динебург, Дж.Леви, Д.Людвиг, Р.М.Мэй, Дж.Д.Мюррей, Дж.Непорт, Л.И.Оргель, Дж.Пастилз, А.К.Пикок, Н.Рихтер-Дин, Дж.Хоффман, П.Шустер, М.Эйген и др.); психологии (П.Круз, М.Стадлер, Г.Хакен, А.В.Холден и др.); социологии и урбанистике (П.М.Аллен, М.Санглиер, Дж.Энгелен и др.). Ситуации самоупорядочения были зафиксированы при аппликации синергетической исследовательской парадигмы на явления неживой природы: дрейф материков, циркуляция атмосферы, формирование облаков, флуктуации магнитных полюсов Земли и др.; сотрудниками НИИ им. М.В.Келдыша и Института математического моделирования РАН парадигмальные идеи С. были использованы в ходе исследований по термоядерному синтезу и физике плазмы. Далее...