Какие цели ставит перед собой синергетика как наука?

Как известно, сложные системы состоят из очень многих деталей, что порождает сразу возможности очень сложного взаимодействия между этими деталями. Как изучать эти взаимодействия и детали?

Есть два подхода. Во-первых, редукционизм, низводящий функционирование системы к микроуровням, деталям. Во-вторых - если так можно сказать, макрохолизм, описывающий поведение системы в целом на макроуровне. Какая из этих позиций соответствует истине?

Хакен определяет синергетику как мост между одним и другим. Не разбирая систему на части, и не сводя ее к функционированию на макроуровне, необходимо попытаться понять взаимодействия между микро и макроуровнем - это первое, и второе (что, пожалуй, самое главное) - отсутствие направляющей руки, или, говоря философским языком, трансцендентального субъекта-управителя.

Кроме того, редукционисткий подход ставит нас перед фантастической проблемой обработки астрономических по своим объемам количеств информации. Встает проблема - как ее сжать без потери существенных качеств.

В качестве простейшего примера выберем поведение газа в комнате, или, что по сложности очень похоже - динамику обращений к серверам. Предположим, что мы взяли и написали для каждой молекулы уравнение Ньютона или, описали ежесекундно статистику коммуникаций для каждого компьютера. Что с этим описанием потом делать? Как говорится, глупость программиста не должна превосходить быстродействие машины.

Известно, что физики изучая, например, газ не имели сразу его микроописания. Это потом стало ясно, что имея дело с давлением, они имет дело с его микроописанием - результатом усреднения импулься, передаваемого препятствию огромным числом молекул, и.д.

Хакен проводит сопоставление между традиционным описанием сложных систем и синергетикой. Единицей описания в традиционном подходе является отдельный элемент рассматриваемой системы - например, клетка, нейрон, компьютер в сети. Единица описания в синергетике это сеть, состоящая из клеток, нейронов, компьютеров. В обычном описании свойства приписываются индивидуальному объекту, в синергетике - ансамблям, множествам объектов. То есть, за результат работы, способность быть наделенными теми или иными свойствами "отвечают" не отдельные элементы системы а их коллективные взаимодействия - согласованности, синхронизации, когерентности.

Нет отдельных "специальных" управляющих элементов системы, отвечающих за те или иные ее качества. И если в традиционном подходе описание качеств системы явно или неявно опирается на принцип локализации, то в синергетика, как и квантовая механика существенно нелокальна. Соответственно, в традиционном подходе информация актуально локализована на каких-то носителях, в синергетическом она потенциально распределена. В синергетике нет ничего заранее предопределенного, алгоритмизированного на уровне предзаданной компьютерной программы - кроме структур и системы, которая при потере устойчивости может рождать какие-то новые вещи.

Как происходит обработка информации? В традиции - линейно - обрабатывается, запоминается, передается и т.д. В синергетике - иначе. Происходит как параллельная, так и последовательная обработка информации. За счет запараллеливания происходит повышение надежности и увеличение скорости.

В традиционном подходе описание системы строго детерминированно. В синергетическом и детерминизм, и случайность в некотором смысле уравниваются в своих правах. В традиционном подходе все процессы выходят на некий устойчивый режим, синергетика же акцентирует свое внимание в областях потери устойчивости - около неустойчивых точек - в окрестностях фазовых переходов. Это ее специфическая черта.

Набирается целый ряд такого рода особенностей, которые не изучаются в фокусе других подходов.

Возникает вопрос - как моделировать сложную и, вообще говоря, нелинейную систему, состоящую из огромного числа сложных элементов?

Для описания подобных систем физики уже давно используют понятие динамической системы. Под динамической системой можно понимать всё, что зависит от времени. В частности и то, что не меняется от времени - как константу.

Для описания динамической системы используются параметры - то, что надо задать,чтобы точно описать состояние системы. Параметром является вектор состояния системы - упорядоченная совокупность координат динамической системы. Известно, что является первой координатой, что второй - и так далее.

Далее для динамической системы пишутся уравнения - например уравнения Ньютона - надо задать положение и скорость. Если ограничиться лапласовским детерминизмом, то их вполне достаточно, чтобы предсказать будущее и проследить прошлое системы. Правда такой подход не учитывает, во-первых, квантовые эффекты (хотя квантовость вовсе не означает отсутствие детерминизма), во-вторых, случайность, флуктуации. В этом месте мы сталкивается опять с проблемой количества параметров. Количество сетевых компьютеров, со временем может вполне приблизиться к количестиву нейронов в человеческом мозге.

Лапласовский детерминизм стоит на следующих предположениях: во-первых, мы можем, в принципе, задать состояние системы абсолютно точно, во-вторых, для системы всегда корректно траекторное описание - в виде описания ее эволюции с помощью геометрической линии или некоторого дифференцируемого объекта, образованного параметрами состояния в пространстве состояний.

Однако, анализ показывает, что понятие траектории всегда основано на некоторой абстракции приближения - у нас нет сверх-остроты зрения. Поэтому, можно предположить, что мы оперируем не с траекторией системы, а с пучком траекторий, в пределах которого отдельные траектории динамической системы не различаются.

Здесь возникает проблема необратимости - если мы начнем работать с пучком траекторий, то мы уже не сможем вернуться абсолютно точно на то же место, откуда вышли. В описании пучков траекторий кардинально меняются уравнения, предмет исследования - появляются плотности вероятностей задания точек внутри пучка. Данные случаи в своих книгах описывает Илья Пригожин [7]. Это описание указывает на ограничения траекторного подхода - в некоторых случаях траектория становится ненаблюдаемой - со всеми вытекающими отсюда радикальными последствиями в виде пересмотра принципа причинности в сложной системе. Система становится непредсказуемой не в силу нашего незнания или отсутствия вычислительных мощностей, а в силу таких ее нелокальных качеств качеств как сложность, нелинейность, открытость, неравновесность, имплицирующих некорректность траекторного описания.

Cинергетика - как направление в науке, создает новые гипотезы, абстракции и новые методы исследования сложноорганизованных систем. Для примера, можно рассмотреть, допустим неявное предположение классической физики, которая принимала значение постоянной Планка равной нулю. В квантовой механике этот параметр стал отличен от нуля, и мы стали различать нечто, что не могли увидеть в классической физике - а именно, порции энергии, которая перестала быть бесконечно делимой - появилось h. Кроме того, классическая механика предполагала синхронность мира - стрелки на всех идеальных часах во всех точках Вселенной должны показывать одно и то же время - стрелки на них должны быть параллельны (если параллельны плоскости часов). Почему? Потому, что в классической механике существует скорость передачи сигнала, которая ничем не ограничена. Эйнштейн постулировал конечную скорость передачи сигнала, равную скорости света.

Описание сложной системы на основе методов самоорганизации дистанцируется от траекторного подхода, и, соответственно, классического детерминизма, создавая новый язык описания - со своими понятиями, новыми ограничениями, налагаемыми на классическую динамику.

Для описания сложности нам надо описать, во-первых, характер начальных условий роста и организации системы, характер связей между компонентами, и выяснить, какой параметр является управляющим - ведь параметры могут являться не только функцией времени, но и других факторов (геометрии срелы, типов границ и пр.) - управляющих параметров - то, от чего параметры состояния могут зависеть.

Встает вопрос о стратегиях управления сложной системой. Во-первых, необходимо проанализировать характер неустойчивости системы. Если бы система все время находилась в устойчивом состоянии, то событий в системе не было - время, приописании системы можно было бы не учитывать. Мы желаем описать динамику системы. Для этого мы должны обсудить разные типы ее состояний.

Имеются состояния, которые притягивают к себе - существуют устойчивые "ложбинки", "впадинки" - притягивающие множества в пространстве состояний - так называемые аттракторы или паттерны. Память системы - наличие этих аттракторов - "ложбинок" в пространстве состояний. Естественно, что система может притягиваться не со всего пространства состояний, а с определенных его областей - так называемых бассеинов.

Для входа в новое состояние система должна потерять устойчивость - сначала она была устойчивой (в старом состоянии), потом теряет устойчивость и переходит в новое состояние. За счет чего? За счет случайных колебаний - флуктуаций. Наличие шума - условие перехода из одного устойчивого состояния в другое, но для этого эти устойчивые состояния должны быть достаточно близки к неустойчивой точке, иначе флуктуации может просто "не хватить", чтобы перекинуть систему из одного состояния в другое.

Когда происходит этот переход, то выясняется, что поведение системы описывается совсем не всеми многочисленными компонентами вектора сотояния, а гораздо меньшим число параметров - так называемыми параметрами порядка. Если считать систему с большим числом параметров более сложной, а с меньшим - более простой, то можно говорить о том, что в состояниях, близких к фазовому переходу, система упрощается, становится менне сложной, менее хаотической. В этот момент система сама производит сжатие информации - переход от многочисленных параметров состояния к очень немногочисленным параметрам порядка.

Как происходит это сжатие? Ответ синергетики прост - ничего специально делать не надо, система всё делает сама в момент потери устойчивости. Это явление в физике называется фазовым переходом. В этот момент оказывается, что поведение системы описывается не огромным числом параметров, описывающих части, некоторым небольшим числом управляющих параметров, но это не "управляющая рука" - что еще раз мы подчеркнем.

В этот момент происходит чуть ли не мистическая вещь - система создает описание самой себя. Происходит ее самоупрощение, и мы просто берем уже готовую сжатую информацию о системе. Самоорганизуются какие-то новые механизмы функционирования с новыми параметрами. Надо заметить, что параметры состояния не исчезают - они тоже остаются, просто в некоторых случаях (в случаях, связанных с самоорганизацией системы) систему гораздо проще описать параметрами порядка.

Подчинение большого числа параметров состояния малому количеству параметров порядка называется по английски термином slaving principe - буквально "принцип порабощения". По русски он был переведен более изящно - как "принцип подчинения".

Зависимость между параметрами порядка и параметрами состояния не однонаправлена. С одной стороны, компоненты вектора состояния зависят от того, определяется ли система параметрами порядка или нет. Но есть и обратная зависимость - то есть векторы состояния влияют на параметры порядка. Такая двухсторонняя зависимость получила у Хакена название круговой причинности.

И наконец, важным аспектом самоорганизации является то, что части ведут себя таким образом, что они действуют согласованно. Примеры таких систем часто можно встретить в биологии - согласованность большого косяка рыб, самоорганизация колоний амебы, перелеты птиц, согласованное поведение больших стай животных. Такое поведение можно интерпретировать как консенсус между частями - взаимосогласованность между векторами состояний и параметрами порядка.

Для описания такого рода взаимодействий приходится прибегать к разным языкам. Во-первых, содержательный язык конкретной описательной теории. А во-вторых, язык, пришедший с некоторым математическим апппаратом - в частности, аппаратом качественной теории дифференциальных уравнений. Это, кстати, давало право скептикам сомневаться в новизне синергетических идей и подходов. Отвечая скептикам можно указать на понятия параметра порядка, круговой причинности и принципа подчинения. Это центральные понятия теории Германа Хакена, которые он, наряду с концепциями Ильи Пригожина, Л.И.Мандельштама, Анри Пуанкаре, Бенуа Мандельброта привнес в копилку наших методов рассмотрения нелинейных систем.

Еще раз подчеркнем, что речь идет о системах незамкнутых, открытых. Несмотря на наличие стационарных (независящих от времени) состояний в таких системах, нельзя говорить о "смерти" таких систем - всё равно система "подпитывается" веществом, энергией, информацией из окружающей среды.

Во многом сходная исследовательская программа реализовывалась в свое время школой Гельфанда, где была создана так называемый "метод оврагов" - когда поведение сложной системы рассматривалось с точки зрения "быстрых" и "медленных" параметров, причем существенную, определяющую роль в "жизни" системы играли как раз медленные параметры.

Синергетика описывает рождение и формирование сложных систем по сценариям сменяющих друг друга периодов устойчивости и неустойчивости, причем, к примеру, периоды устойчивости могут быть совершенно различными. На начальном этапе - сразу после рождения, система "блуждает", в пространстве состояний, формируя свой первый аттрактор, первую "память", потом "перескакивает" за счет потери устойчивости и флуктуаций в другую область, и формирует аттрактор там, потом может пойти "искать" третий аттрактор или перескочить в первый - и так далее. За счет этого формируется рельеф состояний сложной системы - области устойчивости, особые точки, туннели - по переходу из одной области в другую. Образуется понятие цели самоорганизации сложной системы. Кстати, вполне возможны случаи неправильной интерпретации целей развития - когда мы неверно орбъясняем текущую область притяжения системы.

Кроме того, в системе могут возникать так называемые хаотические состояния, когда аттрактор имеет очень сложную и запутанную структуру. Для описания такого хаотических (или с английского strange - странных, особенных) аттракторов используется аппарат совершенно новой геометрии - геометрии фракталов, описывающих такие вещи как "структуры хаоса".

Термин "хаос" для описания самоорганизации систем не совсем удачен, так как, например, в задачах хаотической динамики речь идет не о бесструктурных, случайных процессах, а как раз о результатах самоорганизации - создании очень сложных, когерентных структур. Структуры настолько сложны, что вполне поддаются описанию с точки зрения традиционных критериев случайности - странный аттрактор можно описывать в терминах стохастичности, хаотичности и типичности. Но есть в нем и такие вещи, например, фрактальные структуры, которых теория случайностей увидеть не может. Еще раз о наблюдателе.

Для того, чтобы как-то проинтерпретировать и объяснить процессы роста и самоорганизации сети ИНТЕРНЕТ, уже надо знать "куда смотреть", осмыслить то, что мы можем увидеть - иметь какой-то теоретический или методологический багаж знаний. Исходя из этого, ИНТЕРНЕТ порождает такую проблему, как наблюдаемость коммуникативных структур.

Как и во всякой социальной системе, макроуровень ИНТЕРНЕТ (в силу невозможности принципиальной невозможности выхода наблюдателя за его пределы) операционально ненаблюдаем и уникален - неповторим.

Для анализа ситуации можно привести метафору зрителя в кино. Ясно, что режиссер (в качестве режиссера а не актера) кинокартины для зрителя - вещь ненаблюдаемая, и неискушенному зрителю ничего о нем, кроме фамилии в титрах неизвестно. Однако, посмотрев ряд картин разных режиссеров, зритель может научиться толковать различные режиссерские "почерки" - по употребляемым образам, по особенностям языка - не смотря на уникальность кинокартин. Для этого зрителю приходится принимать некоторые культурные артефакты, если хотите - интерпретационные мифы, причем "методология" чтения языка режиссера у зрителя всегда личностна, персональна.

Исходя из этой метафоры можно сказать, что для постороения методологии описания сети необходимо заострить проблему наблюдателя - проблему самоописания, описания, погруженного в описание, подающего в совершенно другом виде проблемы, связанные с междисциплинарностью описания сети. Классическая субъктно объектная схема в виде субъект измерения (исследователь) - прибор уже не работает, хотя бы в силу того, что вряд ли можно что-то сказать о макроуровне организации сети без предваряющего его теоретического уровня.

Поэтому отметим, что здесь нужна работа с двух сторон. По первых, нужно "найти место" наблюдателя в сети, учитывая при этом, методологический опыт квантовой механики с ее принципами соответствия, наблюдаемости и дополнительности, а во вторых, осознать опыт междисциплинарности, в которой находится субъект познания, с тем, что бы соотвествующим образом реинтерпретировать этот опыт как опыт интерсубъективной коммуникации.

Исходными здесь для нас будут принципы наблюдаемости и дополнительности. Вначале - о принципе наблюдаемости. Этот принцип был, как известно, сформулирован Эйнштейном в связи с созданием специальной теории относительности. Он имел антиметафизическую селективную окраску: в своем языке теория не должна содержать утверждений о ненаблюдаемых сущностях. К таким сущностям тогда был отнесен светоносный эфир, все попытки обнаружить который в опытах Майкельсона и его последователей оказались безрезультатными. Позднее, благодаря главным образом работам Бриджмена, принцип наблюдаемости трансформировался в принцип операциональной определенности теоретических понятий естествознания, трактовавшийся по преимуществу в духе позитивистской философии, с ее приматом опыта над теорией. Однако уже в ходе создания квантовой механики выявился другой аспект принципа наблюдаемости, как принципа построения научной теории.

Этот аспект был сформулирован Гейзенбергом и соотнесен им же с интеллектуальным диалогом, который возник у него с Эйнштейном в конце 20-х годов по поводу методологических и элистемологических особенностей возникающей тогда квантовой теории. Как вспоминает Гейзенберг, Эйнштейн подчеркнул свое понимание наблюдаемости так: "лишь теория решает, что наблюдаемо, а что нет". Таким образом, в глазах Эйнштейна, а его точку зрения принял и Гейзенберг, принцип наблюдаемости не является чисто эмпирическим. Было бы однако неверным трактовать его и как теоретически нагруженным. Смысл этого принципа в его цикличности (диалоговости) и коммуникативности.

Это можно лучше понять, если вспомнить, что принцип наблюдаемости внутренне связан с мысленными экспериментами Эйнштейна, Гейзенберга, а до них - Маха, Киркгофа, Максвелла. Но принцип наблюдаемости помимо зрительно - перцептивного аспекта имеет еще и лингвистический компонент. А именно, как неоднократно подчеркивал Н.Бор, в научном познании экспериментом мы обозначаем ситуацию, в которой мы нечто наблюдаем, осознаем и можем, пользуясь языком, сообшить о наблюдаемом другому.

Таким образом, принцип наблюдаемости уже в квантовой механике включает в себя (хотя и в неявном виде) и принцип межличнностной коммуникации - момент получающий далее в синергетике свое более развитое представление. Можно сказать и иначе - синергетика достраивает принцип наблюдаемести до принципа обобщенной перцептивно-лингвистической коммуникативности.

В этой связи представляет большой интерес предложенная в свое время Д.Бомом модель науки как растущей сети перцептивно-лингвистических коммуникаций посредством которой происходит расширение контактов человека с окружающим его миром, а так же и с самим собой. Эта модель, возникшая из размышлений Д.Бома над проблемами интерпретации квантовой механики, и не привлекшая в свое время к себе особого внимания, сейчас оказывается удивительно созвучной образам мира, науки и человека в их синергетическом междисциплинарном представлении - в связи с развитием и самоорганизацией сети ИНТЕРНЕТ. Поэтому одно из определений сети ИНТЕРНЕТ в рамках АДТ методологии можно дать через постулирование глобальной компьютерной сети как синергетической связи коммуникаций, сопряженной с актами познания и создания механизмов когерентности личности смыслообразующих систем.

Однако наше изложение АДТ-методологии будет неполным, если мы не скажем хотя бы несколько слов о принципе дополнительности Н.Бора. Известно, что принцип дополнительности Н.Бора был сформулирован им в контексте усилий дать интерпретацию корпускулярно-волнового дуализма и соотношения неопределенностей в квантовой механике. Принцип дополнительности в соотнесении его с принципом неопределенности, представленным знаменитым мысленным экспериментом с микроскопом Гейзенберга, раскрывает активную коммуникативную роль приборов в создании осмысленного порядка познаваемой квантово-механической реальности. Его иногда рассматривают как обобщение принципа относительности Эйнштейна. Так, согласно В.Л.Фоку, принцип дополнительности - это принцип относительности к приборам и средствам наблюдения. В средства наблюдения естественно включить так же и тот язык, с помощью которого результаты фиксируются и сообщаются другому.

Что касается принципа дополнительности в выработке методологии описания глобальной компьютерной сети, то здесь наиболее отчетливо прорисовывается та его сторона, которая в свое время подчеркивалась Н.Бором, настаивавшем на обобщенной трактовке принципа дополнительности как инструмента кросскультурного диалога.

В последние годы на необходимость обобщения принципа дополнительности в контексте познания открытых нелинейных, далеких от равновесия систем обращает внимание И.Р.Пригожин. Это обобщение предполагает возможность многих - а не только двух - языков описания реальности, не сводимых друг к другу, но дополнительных между собой. Однако такое диалогово-коммуникативное понимание принципа дополнительности пока еще не осознано повсеместно как необходимый элемент синергетической методологии в ее междисциплинарном и интерсубъективном измерениях.

Заключение.

Исходя из кратко представленной выше методологии можно попытаться сделать оценку мифа об ИНТЕРНЕТ как об информационной суперагистрали будущего. Предполагается, что сеть "должна" достато детерминированно и однонаправленно способствовать включению людей, социальных организаций в информационные связи и коммуникации на различных уровнях. Однако, дальше классического лапласовского детерминизма это предположение не идет: надо быстро и правильно организовать систему, и она начнет работать - выполнять необходимые для общества и человека функции. Возможно, что такое состояние вполне может реализоваться - в качестве одного из устойчивых состояний, режимов функционирования.

Но насколько устойчив этот режим? Можно ждать ли, предполагая такое развитие, выходов к другим - даже не представляемым нами целям?

Можно предположить, что эти вопросы требуют отдельного и серьезного исследования.

1. Eccles J.C., K.R.Popper "The Self and his brain" N.Y. 1977.
2. Haken H. Principles of Brain Functioning. A synergrtic Approach to brain activity, bahavior and cognition. Springer, 1996
3. Mayer-Kress Gottfried Messy Futures and Global Brains
4. Аршинов В.И., Свирский Я.И. Синергетическое движение в языке. // В кн. Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления. М., ИФ РАН, 1994.
5. Бергсон А. Введение в метафизику //В кн. Бергсон А. Время и свобода воли. М. 1910 г. С. 202.
6. Гадамер Х.Г. Истина и метод М. 1988 С.426.
7. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика? //В кн. Нелинейные волны. Самоорганизация М., "Наука", 1983.
8. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант.:Пер. с англ. Ю.А.Данилова. -М., "Прогресс", 1994 - 272с.
9. Федер Е. Фракталы. Пер. с англ Ю.А.Данилова и А.Шукурова. М., Мир 1991.
10. Хакен Г. Синергетика: иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах. М: Мир, 1985.

Содержание

Дальше

на верх страницы

Design & programming Web Researching Center	© 2002 Русский Гуманитарный Интернет-Университет. Все права защищены.	[e-mail] [e-mail]

РУССКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ ИНТЕРНЕТ-УНИВЕРСИТЕТ

РГИУ

Каталог

Правила

Библиография

Словари

Переслать книгу

Инструкция

Дата добавления: 2014-11-28