Коэволюция микро-и мегамира
Часть проблем может разрешиться после начала работы в ЦЕРНе Большого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC) передний фронт физики высоких энергий, достигнутый когда-либо в соударениях частиц на ускорителях, будет продвинут в совершенно новую область энергий — в несколько тераэлектронвольт. Высокие энергии дают нам возможность изучать свойства пространства на всё меньших масштабах… Читать ещё >
Содержание
- В первой главе представлен анализ методологических и мировоззренческих аспектов коэволюции микро- и мегамира, рассмотрены проблемы единства микро- и мегамира, эволюции Вселенной с позиций синергетики
В настоящее время естествознание склоняется к убеждению, что многие космологические явления обусловлены фундаментальными микроявлениями. В областях сверхвысоких явлений проблематики космологии и микромира «смыкаются» [58, 103]. Единство эволюции микро- и макромира Эрихом Янчем названо коэволюцией. Коэволюция — взаимообусловленность процессов дифференциации и усложнения в микро- и макроветвях эволюции.
Развитие современной научной картины мира строится на базе идей синергетики. Самоорганизация является важнейшим фактором образования качественно новых свойств вещества, нарастания степени порядка в определенных развивающихся системах. Порядок может возникнуть как результат внешнего силового воздействия на открытую неравновесную систему, а также под влиянием внутренних причин [160, 67]. Еще Аристотель говорил о том, что «причины, по которым возникает случайное, по необходимости-неопределенны» [20, 93]. С. Д. Хайтун формообразующим фактором прогрессивной эволюции считает — направленные само сборки (макромутации), «сами собой» возникающие под давлением взаимодействий, а естественный отбор играет роль фильтра [210, 161]. Вселенную можно рассматривать как диссипативную структуру, удаленную от состояния равновесия [155, 47]. С. П. Курдюмов говорит, что в состоянии неустойчивости, в точках бифуркации часто небольшое воздействие в определенном пространственно-временном интервале способно порождать (в силу кооперативных эффектов) новые структуры и организации. По словам А. Я. Свирского «на определенном этапе развития дерева бифуркаций или при возникновении странного аттрактора наступает стадия хаоса, несущая в себе как богатство возможных структур, так и невозможность их полного постижения и реализации» [171, 208]. Аттракторы, притягивающие множество в фазовом пространстве, отличные от состояний равновесия и строго периодических колебаний получили название странных аттракторов и связываются с проблемой турбулентности [23, 17]. Таким образом, если в космосе существуют странные аттракторы то, скорее всего, возможно предсказать их поведение хотя бы с некоторой вероятностью на основе метода экстраполяции синергетического подхода.
Эволюция системы предполагает кооперативный круговорот между системой и управляющими или просто внешними параметрами. Характеристически круговороты начинаются внутри системы, а затем система расслаивается [59, 4]. Кооперативная эволюция предполагает наличие круговорота между макро- и микросоставляющими эволюционирующей системы. Круговороты материи на всех ступенях своей реализации опираются на некоторый фундамент. В космологии — физический вакуум [202, 61]. Выяснилось, что поступательное развитие мегамира возможно при условии, что в этом мире существует феномен, названный П. Дэвисом «тонкой подстройкой Вселенной». Изменение даже одной физической постоянной в пределах 10−15% в ту или другую сторону привело бы к вырождению Вселенной [199, 84−85]. В работе С. Д. Хайтуна говорится о нулевой плотности массы Вселенной, поскольку при отличной от нуля плотности массы однородная Вселенная была бы гравитационно неустойчива из-за притяжения ее фрагментов друг к другу [211, 76−84]. К 1929 году Хаббл определил расстояние до двух десятков галактик и опубликовал ошеломляющий вывод: все галактики мчатся друг от друга со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию между ними [197, 190]. В 1981 году американскому физику А. Гусу удается использовать «инфляцию» (раздувание) для решения некоторых проблем фридманской теории (классической картины мира релятивистской космологии). В результате флуктуации вакуума рождаются «пузырьки"-домены, которые имеют плотные стены в виде крупномасштабных однородностей [145, 39−43]. «По современным представлениям, инфляционному периоду предшествовал период квантового существования Вселенной. Из-за квантовых флуктуаций в различные моменты времени случайным образом происходит превращение «кипящего вакуума» в отдельные пузыри раздувающихся вселенных. Это вечное кипение, вечное рождение новых вселенных и вечное их умирание» [140, 891−892]. А. Д. Линде ввел понятие вечного раздувания, которое описывает эволюционный процесс, продолжающийся как цепная реакция. Если Мета вселенная содержит, по крайней мере, одну раздувающуюся область, она будет безостановочно порождать новые раздувающиеся области. Возникает ветвящаяся структура мини вселенных, похожая на фрактал [85, 22−27]. В результате Большого Взрыва возник горячий и чрезвычайно плотный сгусток протовещества, в котором невозможно обнаружить различия между частицами, а процесс расширения сгустка определен кинетикой и тормозящим гравитационным взаимодействием частиц. По мере снижения температуры и плотности проявляются различия между кварками, лептонами и бозонами [160, 69]. Вселенная является открытой системой, которая будет расширяться в пространстве неограниченное время и рассеивать энергию. Предполагается, что источниками энергии для галактик служат «черные дыры» и квазары [2, 23]. На определенной стадии эволюции гравитационной ловушки, когда плотность материи достигает соответствующего значения, нуклоны перестают существовать и обмен материей прекращается.- При достижении критического значения плотности силы отталкивания становятся больше гравитационных и ловушка взрывается. В результате такого взрыва образовалась расширяющаяся Метагалактика [124, 62]. Судьба Вселенной зависит от ряда явлений еще не достаточно изученных. Если нейтрино имеют массу покоя, то средняя плотность вещества во Вселенной окажется выше оцениваемой в настоящее время [57, 108]. Недостаточно изучена и нестабильность протона. Таким образом, флуктуации на микроскопическом уровне ответственны за выбор той ветви, которая возникнет после точки бифуркации, и, стало быть, определяют то событие, которое произойдет [154].
§ 1. Методология синергетики
Развитие науки в конце XIX и начале XX века характеризуется громадным усилением значимости логико-методологической проблематики науки. Логическая структура научного объяснения и научного предвидения предполагает определенное дедуктивное движение мысли, поскольку, пользуясь этими приемами, мы логически выводим на основе некоторых теоретических положений и некоторых эмпирических сведений новую эмпирическую информацию, которая относится либо к уже имеющимся в опыте фактам, либо к фактам, которые должны выступить в будущем опыте [175, 75].
Междисциплинарность в современной науке предполагает взаимосогласованное использование образов, представлений методов и моделей дисциплин как естественно-научного и технического, так и социогуманитарного профиля. Это в свою очередь предполагает существование единой научной картины мира. В то же время сейчас такой общенаучной единой картины мира нет. Существуют ее отдельные фрагменты, именуемые специальными картинами мира, дисциплинарными онтоло-гиями, как, например, физическая, биологическая, космологическая картины мира, репрезентирующие предметы каждой отдельной науки [174]. Синергетика пытается навести мосты между этими картинами, создать единое поле междисциплинарной коммуникации, сформировать принципы новой картины мира [28]- [48]- [49, 81].
Идеи самоорганизации, становления порядка из хаоса широко обсуждаются в современной науке. Повышенный- интерес к синергетическим явлениям связан с тем, что сильнонеравновесные системы (любой субстратной природы) под воздействием внешнего параметра способны к эволюции (самоорганизации) от хаоса к порядку [58, 87]. Взаимоотношение порядка и хаоса является центральной проблемой синергетики. Общеизвестно, что различные типы порядка и хаоса нестабильны и склонны переходить друг в друга. С точки зрения физики смысл всех подобных переходов состоит в поиске устойчивости (достижении такого состояния, при котором переходы системы из одного состояния в другое прекращаются). Так как мерой беспорядка (дезорганизации) является величина, называемая в физике энтропией, а мерой порядка (организации), естественно, отрицательная энтропия, называемая негэнтропией, или «информацией», то первая тенденция выражается в законе возрастания энтропии в изолированной системе, а вторая — в законе ее уменьшения, то есть увеличения негэнтропии в открытой системе (за счет работы, произведенной над системой внешней средой). Однако грань между замкнутой и открытой системой не абсолютна: поэтому рост энтропии может смениться ее уменьшением, а уменьшение — ростом. Таким образом, как стремление к хаосу, так и к порядку в мире обычных линейных систем, оказывается, вообще говоря, неустойчивым [45, 111].
С философской точки зрения вопросы, связанные с самоорганизацией, проливают новый свет на процессы усложнения и развития материи, ее эволюции от низших форм к высшим. Самоорганизация представляет собой естественнонаучное выражение процесса самодвижения материи, происходящего в силу присущих материи внутренних причин. Метафизическое представление о материи как неизменной субстанции, является незаконной экстраполяцией принципов механики на все формы движения и развития материи [164]. Сама идея самодвижения материи зародилась еще в глубокой древности и первоначально связывалась с отрицанием вмешательства сверхъестественных сил в процессы, происходящие в природе. У древних греков ранней эпохи встречается представление о материи как бесформенной основе мира, выступающей в мифическом образе хаоса. В дальнейшем в качестве основы мира рассматривается тот или иной конкретный вид материи (вода у Фалеса, воздух у Анаксимена, огонь у Гераклита), причем это первоначало мира движется и развивается по своим внутренним законам и не зависит от воли ни богов, ни людей.
Возникновение опытного естествознания во второй половине XVI века в значительной мере содействовало научному исследованию целого ряда явлений и процессов природы. И. Кеплер открывает законы движения планет. В небесной механике И. Ньютона эти законы получают свое теоретическое обоснование с помощью закона всемирного тяготения и трех основных аксиом движения. Однако самым трудным здесь делом было объяснить, как вся Солнечная система пришла в движение, и Ньютон не нашел ничего лучшего, как постулировать божественный первый толчок [164]. Против этих и других теологических выводов решительно выступили материалисты XVII и XVIII вв., отвергавшие идею перводвигателя мира как глубоко ненаучную и философски несостоятельную. Б. Спиноза рассматривал материю как causa sui, которая существует сама в себе и представляется сама через себя [173]. Д. Толанд выступает уже с прямой критикой взглядов Ньютона и решительно заявляет о «внутренней энергии, самодвижении» материи [15]. Идея самодвижения получила дальнейшее развитие в трудах французских материалистов XVIII века. «Материя, — писал П. Гольбах, — действует по своим собственным силам и не нуждается ни в каком внешнем толчке, чтобы быть приведенной в движение» [66]. В это же время Д. Дидро выдвигает такую глубокую, диалектическую по своей сути идею, согласно которой уровень развития материи, различных ее видов и свойств определяется степенью ее организации [164]. Значительные трудности для правильного понимаиия процессов движения, организации, усложнения и развития материи возникли в связи с неверной интерпретацией второго начала термодинамики. Как известно, это начало, устанавливающее возрастание энтропии в замкнутой системе и впервые ясно сформулированное Р. Клаузиусом, стало некритически переноситься также на системы, не являющиеся замкнутыми, и даже на Вселенную в целом. Так возникла гипотеза о тепловой смерти Вселенной [164].
Понятие самоорганизации родилось не на пустом месте. В 1944 году в Англии вышла небольшая по объему книга известного физика-теоретика Эрвина Шредин-гера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» (русский перевод [223]). Шредингер приходит к выводу, что, кроме разрушительной тенденции, жизнь проявляет тенденцию к устойчивому поддержанию упорядоченных состояний высокого уровня сложности, а характерные для жизненных процессов законы не являются статистическими [160, 71]. Э. Шредингер указал на то, что законы физики лежат в основе образования биологических структур, и подчеркнул, что характерная особенность биологических систем состоит в обмене энергией и веществом с неравновесной окружающей средой, в результате чего и возникает их самоорганизация. «Средство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), — писал он, — в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей его среды». «Термин „самоорганизующаяся система“, — справедливо указывает Г. Фёрстер, — становится бессмысленным, если система не находится в контакте с окружением, которое обладает доступными для нее энергией и порядком и с которым наша система находится в состоянии постоянного взаимодействия, так что она как-то умудряется „жить“ за счет этого окружения». Самоорганизация характеризует внутреннее свойство систем, спонтанно возникающее в результате взаимодействия большого числа подсистем, и проявляется в виде их совместного, кооперативного эффекта. Если рост энтропии связан с увеличением беспорядка и неопределенности, то противоположная тенденция в открытых системах направлена на усиление порядка и увеличение нашей информированности о системе. «Как количество информации в системе есть мера организованности системы, — подчеркивал Н. Винер, — точно так же энтропия системы есть мера дезорганизованное&trade- системы- одно равно другому, взятому с обратным знаком» [56]- [164].
Синергетика рассматривает возникновение упорядоченных макроструктур как рождение коллективных типов поведения огромного числа входящих в макроструктуру элементов. Такие типы поведения, называемые модами, возникают в системе под действием флуктуации в момент потери системой устойчивости. Моды конкурируют между собой, и выживает та форма, которая оказывается наиболее приспособленной к внешним условиям. Хакен полагает, что здесь проявляется некий обобщенный дарвинизм, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Однако в этом своем заключении Хакен был не прав. В случае самоорганизации требуется обеспечить математическое описание поведения открытой системы в период потери устойчивости и скачкообразного ее перехода в одно из возможных качественно новых устойчивых состояний. Хакен разработал математический аппарат в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, названных им эволюционными уравнениями. В этой теории методы и понятия термодинамики не используются, поскольку основные положения классической (равновесной) термодинамики к открытым неравновесным системам не приложимы [160, 72]. Герман Хакен, автор самого термина «синергетика» [212]- [213], определил ее как науку, которая занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей, компонент или подсистем, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово «сложный», при всем обилии значений, в этом определении вполне может толковаться как «нелинейный». Разделяют два типа нелинейных систем — консервативные, которые характеризуются сохранением энергии, и диссипативные, в которых энергия поступает из окружающей среды [100, 55−58].
Таким образом, синергетика — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). Синергия — совместное действие, взаимодействие различных потенций или видов энергий в целостном действии [204, 414]. Категории самоорганизации, хаоса, нелинейности, точки бифуркации появились в трудах ведущих аналитиков и политологов — Дж. Форрестера, Д. Медоуза, Д- Тоффлера, Ю. Одума, С. Кара-Мурзы, С. Курнягина. Их большую эвристическую и мировоззренческую роль наглядно иллюстрирует концепция универсального эволюционизма, разрабатываемая в последние годы Н. Н. Моисеевым [141,7].
Случайным явлениям, как и самой случайности и самопроизвольности в ряду причин, Аристотель уделял второстепенную роль. Согласно Аристотелю, природа как бы «пропускает» случайности в менее важных процессах, но эллиминирует ее в процессах наиболее важных (например, в движении небесных тел) [98, 11]. По мнению Аристотеля «случай и^ случайное: бывают у тех (существ), которым присуще счастье и вообще (практическая) деятельность. самопроизвольность же свойственна и всем прочим живым существам, и многим неодушевленным предметам» [19, 94] и «самопроизвольность и случай есть нечто вторичное по сравнению с разумом и природой» [19, 96]. На вопрос о самоогранизации возможны три ответа: первый который мы условно назовем «демокритовским», состоит в том, что порядок случайным образом возник из хаоса- второй, «платоновский» ответ состоит в том, что некий Высший Разум (Демиург) непосредственным вмешательством упорядочил хаотически двигавшиеся элементы- наконец третий «аристотелевский» ответ состоит в том, что порядок существовал изначально [98, 1.9]- Молинизм позволяет говорить о самоорганизации мира, в котором свободные причины, переплетаясь с необходимыми причинами, порождают многовариантность. Именно этот аспект мо-линизма оказал влияние на оригинальную концепцию самоорганизации, предложенную ученым и богословом Пьером Тейяром де Шарденом сначала в чисто богословском сочинении «Божественная среда», а. затем и в «Феномене человека» [98, 34]. Тейяр де Шарден утверждает, что «всегда существует определенный темп ошибок, или мутаций, — наличие этих ошибок является существенным условием возможности эволюционного процесса» [157,225].
II. Кант вводит принцип целесообразности природы (в многообразии ее эмпирических законов) как трансцендентальный принцип. «Трансцендентальный принцип — это принцип, посредством которого априорно представляется общее условие, единственно допускающее, чтобы вещи вообще могли стать объектами нашего познания. Напротив, метафизическим принцип называется, если он априорно, представляет условие, при котором только объекты, понятие которых должно быть дано эмпирически, могут быть далее определены априорно» [88, 21].
В первой половине XX века большую роль в развитии методов нелинейной динамики играла русская и советская школа математиков и физиков: A.M. Ляпунов, H.H. Боголюбов, Л. И. Мандельштам, A.A. Андронов, Н. С. Крылов, А. Ы. Колмогоров, А. Н. Тихонов, Я. Б. Зельдович. Эти исследования стимулировались необходимостью решения стратегических оборонных задач: создание ядерного оружия, освоение космоса. Большую роль в истории синергетики сыграла также модель морфогенеза A.M. Тьюринга и обнаруженный с помощью ЭВМ феномен возникновения уединенных волн — солитонов Э. Ферми [49, 80].
Начиная с 40-х годов, И. Пригожин работал над проблемами термодинамически необратимых процессов. Процесс развития системы предстает как необратимое движение от одной точки бифуркации к другой. Между двумя точками бифуркации протекает детерминированный эволюционный период развития, а в точке бифуркации дальнейшую судьбу системы решает случай. Создается новое представление о соотношении случайного и закономерного в этом мире [152]- [160, 75].
Оказалось, что основные физические величины являются операторами, а принимаемые этими величинами значения — собственными значениями этих операторов. Эти значения, вообще говоря, дискретны, а сами операторы — некоммутативны. Следствием этой некоммутативности являются соотношения неопределенностей Гейзенберга, говорящие о том, что мы не можем одновременно измерить сопряженные физические величины, например координаты и импульс. Они становятся поставщиками новых неожиданных выводов общеметодологического философского характера. Именно в этом смысле синергетика стала лидером в нелинейном переосмыслении мира и идеологией нелинейного подхода [100, 56].
В конце 60-х годов М. Эйген начал работы в области самоорганизации на молекулярном уровне. Рассматривая самоорганизацию на макроуровне, М. Эйген говорит, что «любой гиперцикл ведет себя как кооперативная единица с нелинейным законом роста.» [225, 84].
В 60 — 70-е годы происходит подлинный прорыв в понимании процессов самоорганизации в самых разных явлениях природы и техники. Перечислим некоторые из них: теория генерации лазера Г. Б. Басова, A.M. Прохорова, Ч. Таунса- колебательные химические реакции Б. П. Белоусова и A.M. Жаботинского — основа биоритмов живого- теория диссипативных структур И. Пригожина- теория турбулентности А. Н. Колмогорова и Ю.Л. Климонтовича- теория эволюционного автокатализа А. П. Руденко. Неравновесные структуры плазмы в термоядерном синтезе изучались Б. Б. Кадомцевым, A.A. Самарским, С. П. Курдюмовым [104]. Теория активных сред и биофизические
приложения самоорганизации исследовались A.C. Давыдовым, Г. Р. Иваницким, И. М. Гельфандом, A.M. Молчановым, Д. С. Чернавским, В. И. Кринским. В 1963 году происходит эпохальное открытие динамического хаоса сначала в задачах прогноза погоды Э. Лоренца, затем начинается изучение странных аттракторов в работах Д. Рюэля, Ф. Такенса, Л. П. Шильникова.
Так в своей работе Д. Рюэль утверждает, что «идеи хаоса наиболее естественным образом применяются в отношении временных эвошоций с „вечным возвратом“. вечный возврат можно наблюдать в умеренно сложных системах, но не в очень сложных» [166, 85]. Для странных аттракторов характерна неустойчивость решения по начальным данным, знаменитый «эффект бабочки», взмах крыльев которой может радикально изменить дальний прогноз погоды — образ динамического хаоса. Странные аттракторы и хаос пояснили проблему возникновения турбулентности, но не проблему полностью развитой турбулентности. Странные аттракторы дали лишь понимание того, что любая теория турбулентности должна включать чувствительную зависимость от начальных условий [166, 74]. Для математического описания физических процессов, сопровождаемых разрывами функций (скачками), французский математик Р. Том на базе топологической теории динамических систем создал основы Теории катастроф. Существенный вклад в развитие теории сделал В. И. Арнольд [23], благодаря чему стали возможными некоторые важные практические ее
приложения.
В микромире сегодня различают иерархию четырех уровней сложности микроэлементов. Это кварковый, нуклонный, атомный и молекулярный уровни. Сложность нарастает от кваркового к молекулярному уровню. В макромире выделяются свои уровни нарастающей сложности. Однако, более важное значение в контексте нашей темы приобретает второе смысловое значение сложности, определяемое как сложное поведение. Анализу этого понятия (с многочисленными конкретными примерами) посвящена книга Николиса и Пригожина [137]. Сложное поведение определяется этими авторами как способность системы осуществлять переходы между различными режимами. Тем самым возникновение сложного поведения прямо связывается с понятиями необратимости и бифуркации [160, 74]. Формируется постне-классическая по своему характеру эволюционная теория автопоэзиса живых систем У. Матураны и Ф. Вареллы [121]- [122]. Происходит формирование новой познавательной парадигмы самоорганизации, в контексте которой Г. Хакен в 1970 году и вводит в научный обиход неологизм «синергетика» для обозначения нового междисциплинарного направления исследований сложных самоорганизующихся- систем. Важное значение для возникновения синергетики имели экспериментальные и: теоретические работы, связанные с созданием лазера [49, 80].
В 80−90-е годы продолжается изучение динамического хаоса и проблемы) сложности. В связи с созданием новых поколений мощных ЭВМ развиваются фрак
1альная геометрия Б. Мандельброта, геометрия самоподобных объектов (типа облака, кроны дерева, береговой линии), которая описывает структуры динамического хаоса и позволяет эффективно сжимать информацию при распознавании и хранении образов. Были обнаружены универсальные сценарии перехода к хаосу М. Фейген-баума, Ив. Помо. Существенно развита эргодическая теория (Я. Синай). В 1990 году открыт феномен самоорганизованной критичности [49, 80].
В.Г. Буданов в своей статье «О методологии синергетики», в самой синергетике выделяет несколько параллельно существующих пластов ее бытия в современной культуре, расположенных по степени возрастания уровня абстрактности: подцисциплинарный — обыденное сознание повседневных житейских практик- дисциплинарный — процессы индивидуального творчества и развития дисциплинарных знаний и объектов исследования- междисциплинарный — процессы междисциплинарной коммуникации и перенос знания в диалогах дисциплин, педагогике и образовании, при принятии решений- трансдисциплинарный — процессы сборки, самоорганизации и функционирования больших междисциплинарных проектов, междисциплинарных языков коммуникации, природа возникновения междисциплинарных инвариантов, квазиуниверсалий, коллективный разум, сетевое мышление- надцис-циплинарный — процессы творчества, становления философского знания, развития науки и культуры [49, 83].
Принципьь синергетики могут быть определяемы друг через друга. Программу поведения системы в состоянии гомеостаза в синергетике называют аттрактор, к которому со временем притягиваются близлежащие состояния. Аттракторы существуют только в открытых диссипативных системах, т. е. рассеивающих энергию, вещество, информацию. Основным смыслом структурной иерархии, является составная природа вышестоящих уровней по отношению к нижестоящим. То, что для низшего уровня есть структура-порядок, для высшего есть бесструктурный-элемент хаоса, строительный материал. Элементы, связываясь в структуру, передают ей часть своих функций, которые теперь выражаются от лица коллектива всей системы. Эти коллективные переменные «живут» на более высоком иерархическом уровне, нежели элементы системы, и в синергетике, следуя Г. Хакену, их принято называть параметрами порядка — именно они описывают смысл поведения и цели-аттракторы системы. Такая природа параметров порядка называется принципом подчинения, причем феномен их когерентного, т. е. взаимосогласованного, сосуществования иногда называют явлением самоорганизации.
Принцип открытости подчеркивает два важных обстоятельства. Это возможность явлений самоорганизации бытия в форме существования стабильных неравновесных структур макроуровня (открытость макроуровня к микроуровню при фиксированных управляющих параметрах). Далее это возможность самоорганизации становления, т. е. смены типа неравновесной структуры, типа аттрактора (открытость макроуровня мегауровню меняющихся управляющих параметров системы). Состояние системы неустойчиво, если любые сколь угодно малые отклонения от него со временем увеличиваются. Такие состояния неустойчивости принято называть точками бифуркаций, они непременны в любой ситуации рождения нового качества. Динамическая иерархичность (эмерджентность) — это обобщение принципа подчинения на процессы становления — рождение параметров порядка, когда приходится рассматривать взаимодействие более чем двух уровней, и сам процесс становления есть процесс исчезновения, а затем рождения одного из них в процессе взаимодействия минимум трех иерархических уровней системы- здесь, в отличие от фазы бытия, переменные параметра порядка, напротив, являются самыми быстрыми, неустойчивыми переменными среди конкурирующих макрофлуктуаций. Это основной принцип прохождения системой точек бифуркаций, ее становления, рождения и гибели иерархических уровней.
Таким образом, в точке бифуркации коллективные переменные, параметры порядка макроуровня возвращают свои степени свободы в хаос микроуровня, растворяясь в нем и увеличивая его хаотизацию. Процесс самоорганизации, рождения параметров порядка, структур из хаоса микроуровня представлен следующим образом в синергетике: «управляющие сверхмедленные параметры верхнего мегауров-ня» + «короткоживущие переменные низшего микроуровня» = «параметры порядка, структурообразующие долгоживущие коллективные переменные нового макроуровня». Можно представить основную идею становления символически: ме-га+микро=макро new [49, 91]. В точке бифуркации макроуровень исчезает, возникает прямой контакт микро- и мегауровней, рождающий макроуровень с иными качествами.
Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния сисхемы. В более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.
Особенности феномена нелинейности состоят в следующем. При определенных условиях нелинейность может усиливать флуктуации. Определенные классы нелинейных открытых систем демонстрируют другое важное свойство — порого-вость чувствительности. Ниже порога все уменьшается, забывается, а выше порога, наоборот, все многократно возрастает. Далее нелинейность порождает дискретность путей эволюции нелинейных систем. Нелинейность означает возможность неожиданных, называемых в философии эмерджентными, изменений направления течения процессов [92]- [93, 10−11]- [94]- [95].
На протяжении первой половины XX века был открыт ряд новых, диссипа-'I ивных, систем — от гидродинамических ячеек Бенара (1900) до химических часов Бслоусова (1951). Пригожин подвел под все эти открытия теоретическую базу, показав, что в природе существует совершенно новый способ стремления материальной системы к устойчивому состоянию — своеобразный синтез порядка и хаоса (вместо их замены друг другом). Он построил модель так называемого брюсселятора — открытой химической системы, в которой в ходе автокаталитической реакции спон-1анно возникает неравномерное пространственное распределение концентраций реагирующих веществ, т. е. упорядоченная структура, характер которой не определяется внешним воздействием на систему. Возникло теоретическое представление о диссипативной системе, существование которой поддерживается постоянным обменом со средой, веществом или энергией или тем и другим одновременною. При прекращении такого обмена диссипативная структура разрушается и исчезает. Разные диссипативные системы оказываются устойчивыми по отношению к разным классам взаимодействий со средой [45, 114].
В.П. Бранский также считает, что диссипативные системы различаются свойствами: открытость, неравновесность и нелинейность. Открытость означает способ обмена с внешней средой. Неравновесность предполагает наличие макроскопических процессов обмена веществом, энергией и информацией между элементами самой диссипативной системы. Особое значение имеет нелинейность — система может испытывать глобальный качественный сдвиг в определенном направлении, причинно никак не связанный с характером малых воздействий. Упорядоченные системы, составленные из диссипативных систем, могут существовать лишь за счет специфического обмена со средой, в общем случае, веществом, энергией и информацией. Не все из этих переходов обладают одинаковой устойчивостью. Переход, который соответствует принципу максимальной устойчивости, образует то, что с точки зрения теории диссипативных систем естественно назвать развитием. Развитие есть рост степени синтеза порядка и хаоса, обусловленный стремлением к максимальной устойчивости. Поэтому создатели теории диссипативных систем не случайно отмечали, что «эволюцию можно рассматривать как проблему структурной устойчивости» [45, 115].
С феноменологической точки зрения развитие представляет собой не что иное, как процесс преодоления противоположности между порядком и хаосом ввиду принципиальной, неустойчивости как упорядоченных, так и хаотических структур. Каждая диссипативная система имеет свои «управляющие параметры», характеризующие фундаментальные свойства этой системы. Каждый параметр имеет свое критическое значение, при достижении которого в количественной эволюции системы происходит качественный скачок — точка разветвления эволюционной линии, которая и получила название бифуркации. Получается как бы разветвление исходного качества на новые качества. Число ветвей, исходящих из данной бифуркационной точки, определяет дискретный набор новых возможных диссипативных структур, в любую из которых скачком может перейти данная структура. Каждая из таких структур соответствует возможным корреляциям между элементами системы. Эти корреляции способны возникать спонтанно в результате комбинирования внутренних взаимодействий в системе с внешними взаимодействиями системы со средой. Ответственность за выбор в действительности ложится на внутреннее взаимодействие между элементами системы, которое и играет роль детектора. Подобное взаимодействие в общем случае представляет собой столкновение противодействующих причин, часть из которых находится в состоянии конкуренции, а другая — кооперации. Конкуренция означает деятельность в различных и даже противоположных направлениях, тогда как-кооперация — деятельность в одном направлении. Поскольку деятельность по-древнегречески звучала как «энергия», то совместная деятельность получила название «синергия». Конечный результат отбора будет определяться в общем случае суперпозицией всех этих причин. Эта равнодействующая определяется не только качественным, но и количественным аспектом взаимодействия, т. е. соотношением «сил» между противодействующими причинами. Последнее же зависит от распределения кооперативных тенденций или «соотношения сил» («синергетика») между указанными причинами [45, 116].
В случае произвольного внутреннего взаимодействия в диссипативной системе любой природы в качестве такого правила выступает объективный закон, которому подчиняется это взаимодействие. Когда речь идет о диссипативных структурах, таким законом, как ясно из вышесказанного, является соответствующий принцип устойчивости: в диссипативных системах «поиск устойчивости играет роль естественного отбора» [137]. Бифуркация* представляет собой неустойчивое состояние системы. При этом разные бифуркации порождают разные виды неустойчивости. В свою очередь разные типы внутренних взаимодействий могут быть связаны с разными критериями устойчивости. Общая же картина действия отбора такова. Случайные количественные изменения, накапливаясь и достигая критического порога, создают для отбора новый в качественном отношении материал (бифуркационные структуры).
Синергетику можно рассматривать как теорию образования новых качеств. Особый интерес представляют генерационные системы. Здесь надо различать бифуркации локальные, которые испытывают элементы систем (микроэволюция) и глобальные, испытываемые системой, как целым (макроэволюция). В ходе смены поколений происходит постепенное накопление локальных бифуркаций и на их основе локальных мутаций. При этом возникает новый управляющий параметр — чисjio локальных мутаций, у которого имеется свое пороговое значение. По достижении последнего нарушается соответствие структуры генерационной системы ее элементам и возникает глобальная бифуркация — набор возможных новых структур системы как целого [45, 118].