Синергетика- открытость, нелинейность, аттракторы

СИНЕРГЕТИКА: ОТКРЫТОСТЬ, НЕЛИНЕЙНОСТЬ, АТТРАКТОРЫ.

    Итак, мы имеем систему, открытую для протока энергии или иного достаточно интенсивного воздействия извне. Система понимается как сложная, то есть содержащая очень большое, иногда с трудом исчислимое множество элементов — атомов в кристалле лазера, молекул в химическом растворе, людей в обществе, нейронов в мозге, находящихся в сложном взаимодействии друг с другом.  И поэтому процессы в системе строятся как массовые кооперативные процессы. Вместе с тем сложность или простота системы — понятия относительные. Прибегать к ним, как к определяющим показателям, кажется нам не очень продуктивным. Синергетика способна рассматривать всякую систему одновременно и на макроуровне — как целостность, описываемую достаточно просто немногими параметрами порядка, и на микроуровне — как сложное взаимодействие множества элементов.
 Например, пламя, будучи видимым выражением структуры горения, может изображаться и как самостоятельное образование, как собственно пламя, с его формой, цветом, температурой, иными объективными показателями, и как сочетание, взаимодействие множества не до конца сгоревших частиц, которые и образуют видимый язычок. Наконец, пламя может быть разобрано и на более мелкие составляющие и представлено в виде турбулентного потока разогретых, быстродвижущихся молекул.
На разных уровнях можно описать и какое-либо психологическое явление, скажем, пережитое человеком глубокое потрясение. На одном уровне, описываемом собственно психологической наукой, оно будет выглядеть как перегруппировка элементов духовного мира человека — небольшого множества описываемых в психологических и моральных терминах показателей (“У меня заново открылись глаза”, “Я стал другим человеком”). Но тот же личностный сдвиг может быть представлен на уровне перестройки нейронных сетей, обеспечивающих течение психологических процессов. А тут мы снова, как и в случае с пламенем, имеем дело уже с практически необозримым множеством.
 То же самое может быть сказано и о соотношении понятий “хаос” и “порядок”, которым в синергетике иногда неправомерно придаётся сущностный, самодостаточный смысл. Нет абсолютного хаоса и абсолютного порядка. Корректнее было бы говорить, что возрастает мера упорядоченности (или хаотичности) по какому-либо показателю за счёт или в противоположность снижению меры упорядоченности (или хаотичности) по иному показателю. Сам хаос имеет тонкую, иногда невидимую для внешнего наблюдателя структуру, например, в турбулентном течении. А порядок — это организованный хаос.
 Открытость — необходимое, но не достаточное условие для самоорганизации системы. Система должна быть ещё и нелинейной . С математической точки зрения нелинейность означает особый тип математических уравнений, описывающих не плавный, а существенно неравномерный рост функции и имеющих несколько качественно различных решений. Отсюда ясен и физический смысл нелинейности: определённому набору решений нелинейного уравнения соответствует множество путей эволюции системы, описываемой этим уравнением. А переход в то или иное относительно устойчивое состояние системы или русло эволюции происходит скачкообразно, соответственно особым точкам графической кривой.
 Для тех, кто любит образные разъяснения, можно предложить такое: вы берете свисток или дудку и начинаете туда дуть, сначала слабо, потом все сильнее и сильнее (открытость системы и проток энергии). В какой-то момент при усилении потока воздуха неясное шипение вдруг скачком (нелинейность) переходит в свист — который, в сущности, представляет собой резонансную звуковую волну единого тона, то есть упорядоченную волновую структуру. Но если вы переусердствуете и станете дуть изо всей имеющейся у вас силы, то радующий душу чистый звук перейдёт в прерывистый хрип со слюнями на выходе (незнание синергетики).
   До этого кибернетика и различные варианты теории систем исследовали главным образом процессы гомеостаза, поддержания равновесия в технических, биологических и социальных системах. Кибернетика пыталась свести сложные нелинейные эволюционные процессы к линейным, по крайней мере на определённых стадиях, где это возможно. Она рассматривала только те случаи, когда нелинейная система могла исследоваться, как если бы это была линейная система с медленно изменяющимися параметрами. Кибернетика разрабатывала алгоритмы и методы внешнего контроля над системами. Синергетика же изучает процессы самоорганизации систем, их своего рода самоконтролирование, основу для чего создают нелинейные свойства систем.
 Итак, если нелинейная система открыта и её внутренние флуктуации или внешние воздействия превысят некое пороговое значение, то она может скачком перейти  в новое макроскопическое состояние. Но что это за состояние? И какие состояния вообще возможны?

Мы подходим здесь к одному из центральных тезисов синергетики. ЭТО — ДИСКРЕТНОСТЬ ВОЗМОЖНЫХ СОСТОЯНИЙ, В КОТОРЫЕ МОЖЕТ ПЕРЕХОДИТЬ СИСТЕМА В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ, А ТАК ЖЕ ЗАДАННОСТЬ, ОГРАНИЧЕННОСТЬ ИХ ЧИСЛА. Иначе говоря, спектр возможных структур-аттракторов эволюции, то есть структур, на которые выходят эволюционные процессы в этой системе, не является сплошным. В процессе эволюции система может перейти или в то, или в это состояние, но не во что-то среднее между ними. ТОЛЬКО ОПРЕДЕЛЁННЫЙ НАБОР ЭВОЛЮЦИОННЫХ ПУТЕЙ РАЗРЕШЁН, ИБО ТОЛЬКО ЭТОТ НАБОР  СООТВЕТСТВУЕТ ВНУТРЕННИМ СВОЙСТВАМ РАССМАТРИВАЕМОЙ СИСТЕМЫ.
 По крайней мере, В ЗАДАЧАХ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ, которые связаны, например, с выявлением относительно устойчивых структур САМООРГАНИЗАЦИИ ПЛАЗМЫ, этот набор МАТЕМАТИЧЕСКИ ВЫЧИСЛЯЕМ.

 Проиллюстрировать представление о дискретности и ограниченности набора потенциальных состояний можно многими примерами. В физической и химической области сталкиваемся с основополагающими феноменами — дискретностью энергетических уровней в атоме, соответствующих заданным орбитам электронов, и качественной определённостью химических элементов, представляющих собой набор возможных в природе типов атомов.
 Дискретность проявляется и в движениях живых существ. Давным-давно человек заметил, что лошадям свойственны определенные аллюры: шаг, рысь, иноходь, галоп. В каждом аллюре движение членов лошади согласовано строго определённым образом, причём переход от одного типа движения к другому совершается скачком. Бесчисленные лошадиные поколения на Земле воспроизводят один и тот же набор аллюров.
Можно наблюдать характерные положения хобота слона, хвоста кошки и собаки, соответствующие вполне определённым эмоциональным состояниям или реакциям  животных. Они не меняются от особи к особи и не имеют промежуточных, полувыраженных ступеней.

    Обратимся теперь к понятию АТТРАКТОРА. Под аттрактором понимается состояние системы, к которому она эволюционирует. Наличие спектра потенциально возможных устойчивых структур-аттракторов системы есть просто иное, переформулированное отображение идеи дискретности. Набор аттракторов можно образно представить как набор лунок на поле настольной игры, в одну из которых обязательно скатится пущенный пружиной металлический шарик. На графике аттрактор выглядит как схождение траекторий к одной точке или замкнутой петле, в пределах которой регулярно колеблется состояние системы. Точка схождения не зависит от того, из какого места графика тянется траектория, то есть от начальных условий движения.
В синергетике говорят о конусе притяжения аттрактора, который как бы затягивает в себя множество возможных траекторий системы, определяемых разными начальными условиями. Воронка притяжения стягивает разрозненные исходные линии траекторий в общий, всё более узкий пучок. Парадоксальность действия аттрактора заключается в том, что он осуществляет как бы детерминацию будущим, точнее, предстоящим состоянием системы. Состояние ещё не достигнуто, его не существует, но оно каким-то загадочным образом протягивает щупальца из будущего в настоящее. Здесь и встаёт ФИЛОСОФСКАЯ ПРОБЛЕМА ВОЗМОЖНОСТИ ЦЕЛЕПОЛАГАНИЯ В НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ.
Можно ли аттрактор рассматривать как своего рода цель движения системы? В синергетике отвечают: в онтологическом смысле — вряд ли. Но в методологическом смысле взгляд на аттрактор по аналогии с целью, как если бы это была избранная системой цель, часто оказывается действенным. Не надо думать, что “траектории”, “воронки притяжения”, “аттракторы” — это что-то очень далёкое от обычной жизни.

 “Коготок увяз — всей птичке пропасть”, — народ давным-давно сформулировал идею, которую синергетика облекает в строгие математизированные одежды. А вот как осмысливал события своей жизни А. И. Герцен. “Всякий человек, много испытавший, — писал он, — припомнит себе дни, часы, ряд едва заметных точек, с которых и начинается перелом, с которых тянет ветер с другой стороны; эти знамения или предостережения вовсе не случайны, они — последствия, начальные воплощения готового вступить в жизнь обличения, тайно бродящего и уже существующего” [Герцен А. И. Сочинения. В 4-х томах. Т. 2. Былое и думы. Ч. 4 — 5. М.,“Правда”, 1988, стр. 438 — 439.].