Основные принципы синергетики

Оглавление
Введение
1. Терминология
2. Предмет синергетики
3. Основные понятия
4. Ключевые положения синергетики по Герману  Хакену
5. Философия синергетики
6. Школы синергетики
7.  Заслуги синергетики и её заблуждения
8. Приложения синергетики
9. Синергетика естественнонаучных  систем

Введение
     Определение термина «синергетика», близкое к современному пониманию, ввёл немецкий физик-теоретик Герман  Хакен в 1977 году в своей книге «Синергетика».  Синергетика возникла в конце XX столетия и в настоящее время стала весьма популярной наукой. Её принципы и понятия проникли в научные направления широкого спектра: в биологию и физику, в историю и экономику [1]. Становление синергетической парадигмы в современном естествознании по всем критериям может быть оценено как становление новой картины мира.  В настоящее время уже предприняты попытки создания универсальной концептуальной модели мирового процесса самоорганизации.
Одно из открытий, сыгравшее большую роль в создании синергетики, сделал в 1900 году французский физик Анри Бенар. Он нагревал снизу жидкое масло. Нижние слои, более горячие, поднимались вверх. Однако вязкость масла создавала им препятствие, и при небольшой разности температур верхнего и нижнего слоёв теплообмен обеспечивала только теплопроводность. Но когда различие температур достигло критического значения, появился конвективный поток. Он имел вид ячеек, напоминающих пчелиные соты, внутри которых жидкость стремилась вверх, а по краям опускалась вниз. Тьма молекул вела себя согласованно!

1. Терминология
Термины со значком «*» даются автором в порядке обсуждения.
• аттрактор – состояние, к которому тяготеет система в процессе самоорганизации*.
ПОС, ООС – положительная и отрицательная обратная связь.
• синерге;тика  – междисциплинарное направление науки, объясняющее образование и самоорганизацию моделей и структур в открытых системах, далёких от термодинамического равновесия [2].
• Синергетика – это междисциплинарное направление научных исследований, которое изучает закономерности и принципы, лежащие в основе процессов самоорганизации в системах разной природы: физических, химических, биологических, технических, социальных и других.[Портал «Гуманитарные технологии», http://gtmarket.ru/concepts/6876
• Синергетика (от греч. «совместно» и «действующий») – междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же, безотносительно природы систем и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат. [Сайт С.П. Курдюмова. http://spkurdyumov.ru/category/what/]
• синергетика – теория самоорганизации открытых систем*.
• структура системы –  её  состояние, возникшее в результате открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния [1]* .
• эмерджентность – наличие у системы особых свойств, не присущих её элементам. Например, машина состоит из корпуса, двигателя, колёс и многих других элементов. Но ни на одном из них по отдельности нельзя ездить по дороге [3].

2. Предмет и методы синергетики
     Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций.
Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики.

3. Основные понятия
• Равновесные и неравновесные процессы
В равновесном состоянии для системы возможен лишь один вариант развития, предполагающий, что состояние системы в момент времени Tn обусловлено её состоянием в момент времени Tn-1 и, в свою очередь, обусловливает состояние Tn+1
Если равновесие системы нарушено, переход системы из состояния, соответствующего моменту Tn, в состояние, соответствующее Tn+1, рассматривается уже не как результат однозначной причинно-следственной связи,  а как итог пересечения различных тенденций, которые зависят от исходного состояния системы и от случайных факторов и флуктуаций. В рамках анализа неравновесных систем именно случайные флуктуации оказываются одним из решающих факторов развития [4].
• Точка бифуркации. Момент достижения порога устойчивости называется точкой бифуркации (англ. fork – вилка). Это означает, что система может иметь несколько устойчивых стационарных состояний. В точке бифуркации происходит резкая смена характера процесса, смена пространственно-временной организации системы,  её качественное изменение.
Точка бифуркации выступает одновременно и в качестве точки максимальной чувствительности системы как ко внешним, так и ко внутренним импульсам. Вблизи бифуркационной точки сильно неравновесная система оказывается особо чувствительной и к незначительным флуктуациям того или иного параметра  процесса.
• Усиления  флуктуации. В случае неравновесных процессов имеет место феномен так называемого "усиления флуктуации". В российской школе синергетических исследований данный феномен получает название "разрастания малого".  Полёт мухи в Кембридже  может привести к общему изменению климата в Индии. Синергетика постулирует фундаментальный статус в этом процессе феномена случайности: макроскопическое управление не в состоянии предсказать, по какой траектории пойдёт эволюция системы. Не помогает и обращение к микроскопическому описанию... Перед нами – случайные явления, аналогичные бросанию игральной кости".
• Аттрактор. Среди возможных ветвей эволюции системы далеко не все являются вероятными,  у неё есть "влечения" по отношению к некоторым состояниям  – аттракторам. Аттрактор определяется как состояние, к которому тяготеет система.  Это устойчивый фокус, к которому сходятся все траектории динамики систем – своего рода "стабильное состояние порядка".
• Порядок и беспорядок оказываются тесно связанными – один включает в себя другой. Сегодня мы знаем, что увеличение энтропии не сводится к увеличению беспорядка, ибо порядок и беспорядок возникают и существуют одновременно.
• Двойственная природа хаоса.  «В процессах самоорганизации открытых нелинейных систем явным образом обнаруживается … двойственная природа хаоса. Он то конструктивен, то разрушителен. Хаос выступает как двуликий Янус». Порядок возникает благодаря хаосу и из него, хаос лежит в основе выхода на одну из тенденций самоструктурирования сложной системы.

4. Ключевые положения синергетики по Герману  Хакену
1. Исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом.
2. Эти системы являются нелинейными.
3. При рассмотрении физических, химических и биологических систем речь идёт об открытых системах,  далёких от теплового равновесия.
4. Эти системы подвержены внутренним и внешним колебаниям.
5. Системы могут стать нестабильными.
6. Происходят качественные изменения.
7. В этих системах обнаруживаются эмерджентные новые качества.
8. Возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры.
9. Структуры могут быть упорядоченными или хаотическими.
10. Во многих случаях возможна математизация.

5. Философия синергетики
• Некоторые философские идеи синергетики
1.  «Данные синергетики по-новому освещают принцип всеобщей связи явлений, выдвигая на первый план информационно-коммуникативную его сторону…» [5].
2. «…весь пафос универсальности явления самоорганизации синергетика связывает с идеей атрибутивности информации, с пониманием её как всеобщего организационно-конструктивного начала, органически вплетённого в процесс движения материи в целом». [Там же. С. 102].
3. «…в нестабильном неравновесном состоянии малые воздействия могут привести к большим следствиям» [6]. И это ещё далеко не всё.
Важнейший философский вывод синергетики: хаос рождает порядок.
 «…хаос обладает…творческой силой (способностью) рождать новый порядок» [7]. [Бранский В. П. Социальная синергетика как постмодернистская философия истории. Общественные науки и современность. 1999, № 6. С. 118].
 «…существенно, что с синергетической точки зрения рождение нового порядка из хаоса не вынуждается какой-то внешней (по отношению к данной реальности) силой, а имеет спонтанный характер. Вот почему синергетика является теорией самоорганизации (а не организации)». [Там же].
«Неравновесность есть то, что порождает “порядок из хаоса”» с.
• Принцип невнимания. Но это же чудеса какие-то, восклицает Рыльцев [2]: «Хаос – не живое, мыслящее существо, а мёртвое, неразумное образование. Но из него сам собой рождается порядок. Миллиарды миллиардов частиц, которые в современной официальной науке считаются лишёнными  малейшей доли жизни и разума, ведут себя так, как будто они живые, разумные, способные понимать и выполнять команды. И логично конструирует в ответ на это следующий ответ материалистов [там же]: «Наука не признает утверждений, не обоснованных теоретически и экспериментально. А Вы можете доказать существование дирижёра, управляющего движением мириадов частиц, предоставить его изображение, доказать проявления жизни и разума частиц, показать, как отдаются и выполняются команды? Не можете? Значит, все разговоры об этом несерьёзны. Единственно верный вывод способна сделать только материалистическая, рационалистическая наука: порядок из хаоса рождается сам собой, без внешнего разумного воздействия».
Рыцьцев, пытаясь опровергнуть эти доводы, цитирует Пригожина [8]: «Существует и ещё одна вполне очевидная проблема: поскольку окружающий мир никем не построен, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших “кирпичиков” (т.е. микроскопической структуры мира), которое объясняло бы процесс самосборки». 
Но это ведь «... философский принцип, который принят на веру и является философской основой синергетики», – заключает философ. – ... в науке существенную роль играют принципы не только научные, но и философские, прежде всего, принципы теории познания, которые ни доказать, ни опровергнуть невозможно. Можно лишь предоставить их некоторое обоснование...
С точки зрения современной официальной науки, то, что признается на веру, ; не существует и не должно приниматься во внимание. Таков вердикт. Он имеет статус принципа, который имеет фундаментальное значение, и ему можно дать название.
Принцип невнимания. Утверждения, которые невозможно доказать теоретически или обосновать экспериментально, не следует принимать во внимание.
//Я думаю, Рыльцев здесь просто заблуждается (или ему уж очень хочется что-то «открыть»), принимая точку зрения отдельных учёных  за научный принцип. Нет такого принципа в науке – практически в любой научной гипотезе  есть то, что принимается на веру.
• Нужна ли синергетике  мистика?
«Идею мёртвого, но творческого хаоса можно довести до абсурда» – заявляет Рыльцев. Верить в творческие способности мёртвого хаоса, значит уподобляться тем, кто, не сомневаясь, заявляет следующее: «При определённых условиях неживые куклы-марионетки могут петь и плясать. Не верите? Придите в определённое время в кукольный театр и убедитесь в этом». – «Чтобы увидеть нити и кукловода, надо подойти ближе и поднять голову выше. Чтобы духовными очами почуять живые частицы, обладающие элементарным знанием и волей, услышать игру их оркестра, узреть концертмейстеров и дирижёра, следует свой собственный разум обогащать мистическими знаниями и способностями. Следует верить тем величайшим и честнейшим мистикам, которые во имя любви к Богу презрели преходящие материальные блага, за что и были удостоены высшего Знания»
//Ну, поверит учёный в Бога. Ну, станет мистиком, а что ему это даст? – Да ничего! Мистика «отрезается» бритвой Оккама.
• Мистический постулат управления
Цитирую Рыльцева по [2] с некоторыми стилистическими упрощениями: «Принцип невнимания – железный занавес, разделяющий науку и религиозные, мистические учения. А без них некоторые научные выводы абсурдны: хаос рождает порядок, жизнь возникает путём самопроизвольного усложнения химических веществ, Солнечная система возникла путём самоорганизации газопылевого облака и т.д., и т.п. Этому абсурду следует противопоставить противоположный принцип. Его можно назвать принципом управления [9]: Все процессы в мироздании носят управляемый характер... Миллиарды миллиардов молекул, обладающих элементарным разумом и волей, в ячейках Бенара, в реакции Белоусова-Жаботинского и вообще в любых процессах «самоорганизации» управляются живыми существами. Они образуют иерархию управления. Для большинства людей в наш век господства материализма и рационализма эти существа невидимы. Но те, кто стремится обогащать свой разум мистическими знаниями, способны видеть их «духовными очами».
//В жёлтых домах такое примут на ура.

6. Школы синергетики
     Существуют несколько школ, в рамках которых развивается синергетический подход.
1. Школа нелинейной оптики, квантовой механики и статистической физики Германа Хакена, с 1960 года профессора Института теоретической физики в Штутгарте. В 1973 году он объединил большую группу учёных вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет 69 томов с широким спектром теоретических, прикладных и научно-популярных работ, основанных на методологии синергетики: от физики твёрдого тела и лазерной техники и до биофизики и проблем искусственного интеллекта.
2. Физико-химическая и математико-физическая Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой формулировались первые теоремы (1947 г.), разрабатывалась математическая теория поведения диссипативных структур (термин Пригожина), раскрывались исторические предпосылки и провозглашались мировоззренческие основания теории самоорганизации, как парадигмы универсального эволюционизма. Эта школа, основные представители которой работают теперь в США, не пользуется термином «синергетика», а предпочитает называть разработанную ими методологию «теорией диссипативных структур» или просто «неравновесной термодинамикой», подчёркивая преемственность своей школы пионерским работам Ларса Онзагера в области необратимых химических реакций (1931 г.).

7.  Заслуги синергетики и её заблуждения
Главной заслугой синергетики является открытие ею процессов самоорганизации. Безусловно, это шаг вперёд в нашем познании мира. В дальнейшем синергетика была распространена практически на все уровни иерархии Вселенной. Вместе с тем анализ показывает, что самоорганизация – это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Эти процессы происходят на всех уровнях иерархии Вселенной и обеспечиваются всеми действующими в ней законами и силами.
Одно из заблуждений многих синергетиков  – случайность играет главенствующую роль в эволюционном процессе. На самом же деле, от бифуркации до очередной бифуркации главенствует детерминистическое описание», а путь аттрактора предопределён.
 
8. Приложения синергетики
• Теория динамического хаоса исследует сверхсложную, скрытую упорядоченность поведения наблюдаемой системы (напр. явление турбулентности);
• Теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных  структур, часто возникающих в результате самоорганизации. Сам процесс самоорганизации также может быть фрактальным.
• Теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость.
• Лингвистическая синергетика и прогностика.
• Семантическая синергетика.
К социальным наукам синергетический  подход, в целом, неправомерен.
 
9. Синергетика естественнонаучных  систем
     Виды открытых нелинейных систем разных уровней организации: динамически стабильные, адаптивные, эволюционирующие системы.
1. Необходимые условия развития систем: неравновесность, открытость.
2. Свойства систем в неравновесном  состоянии:
- системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии;
- независимое поведение элементов трансформируется в корпоративное поведение.
- идёт процесс  накопление флуктуаций;
- начинают действовать бифуркационные механизмы.
3. Характерные признаки развивающихся систем: 
спонтанное образование новых микроскопических образований, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых свойств системы, преобладание на определённом этапе ПОС над ООС, этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы.
4. Объединение нелинейных  динамических систем есть система другой организацией или иного уровня.
5. Математическое описание  развивающихся систем. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все развивающиеся системы могут быть описаны одним и тем же обобщённым  математическим аппаратом  синергетики.

Источники информации
1. Рыльцев Е.В., канд. филос.
2. Синергетика –  Википедия.
https://ru.wikipedia.org/wiki/
3. Синергетике – 30 лет. Интервью с профессором Германом Хакеном. // Вопросы философии, 2000, №. 3. С. 55.
4. Синергетика – Философия устойчивого развития.
http://philosophy-sd.narod.ru/synergetics.htm
5. Щербаков А. С. Самоорганизация материи в неживой природе. Философские аспекты синергетики. М.: Изд-во Московского университета, 1990. С. 102 – 103.
6. Делокаров К. Х. Системная парадигма современной науки и синергетика. // Общественные науки и современность. 2000, № 6. С. 111.
7. Бранский В. П. Социальная синергетика как постмодернистская философия истории.
Общественные науки и современность. 1999, № 6. С. 118].
8. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.: «Прогресс», 1986. С. 357.
9. Петров К. П. Тайны управления человечеством. Т. 1. М.: Академия управления, 2009. С. 275.
                Опубликовано: 17.02.2017