Системотехника

Отрицательная” обратная связь.

Положительная” обратная связь.

Представим себе, что существует ряд систем, каждая из которых усиливает действие другой таким образом, что система А усиливает действие системы В, а В в свою очередь усиливает действие системы С и так далее и, наконец, система Z усиливает действие А. Так, усиление действия в одной из систем неизбежно вызовет лавинообразное нарастание функций всех систем в целом, и обратно, малейшее угасание действия в одной из систем вызывает общее угасание. Циклы с “положительной” обратной связью редко встречаются в природе (например, лавина в горах, лесной пожар и т.п.).

Неустойчивую систему с “положительной” обратной связью можно превратить в устойчивую, введя в циклический процесс А—В—С…Z звено, воздействие которого на следующее звено цепи тем слабее, чем сильнее влияет на него предыдущее. Таким образом, возникает регулируемый цикл – гомеостазис (сохранение целостности). Например, регулирование сахара в крови человека, функционирование технических систем типа пылесоса или холодильника и т.п.

Математическое моделирование.

Одним из самых распространенных видов системного подхода является математическое моделирование. Для его применения необходимо рассмотреть ряд однотипных систем и выявить в них общие, качественно однородные свойства. Последние выражаются в виде чисел. Зависимость между свойствами может быть выражена в виде функций и уравнений. На этой основе создается математическая (теоретическая) модель изучаемых систем. С помощью модели можно предвидеть дальнейшее поведение системы, сделать долгосрочный прогноз. В дальнейшем сделанный прогноз проверяется наблюдениями и экспериментами. Например, сценарий “ядерной зимы” К.Сагана, предсказания Римского клуба (Медоуза) развития человечества до 2000 года (сделано предсказание в 70-ых годах 20 века) и т.д.

Другим вариантом системного исследования можно считать системотехнику. В рамках системотехники конструируются новейшие, сложнейшие технические системы, в которых учитываются не только работа механизмов, но и действие человека-оператора, управляющего механизмами. Системотехника – это внедрение человеко-машинных систем, компьютеров, работающих в системе диалога с исследователем.

Системный анализ.

В рамках системного анализа рассматриваются комплексные, многоуровневые системы, состоящие из элементов разной природы, но взаимосвязанные друг с другом в рамках единого целого.

Например, Фабрика, где связаны воедино и подчинены единой цели элементы разной природы: производство товара, его сбыт, снабжение сырьем, конструкторские разработки, ремонтные службы, социальная сфера и т.д. Вуз, где соединяются вместе такие элементы как процесс обучения, научные разработки, административно-хозяйственные службы, социально-культурная сфера и т.д.

Возникает естественный вопрос: если конкретные свойства системы изучаются специалистами в отдельных науках, то зачем нужен особый системный метод стоящий над ними? Если для физика, химика, социолога важно раскрыть конкретные, специфические связи и закономерности изучаемых систем, то задача теоретика системного метода в том, чтобы выявить наиболее общие свойства и отношения таких систем, проявление в них общих принципов системного метода.

Были и проекты построения такой общей теории систем, принципы и утверждения которой были бы универсальными. Один из инициаторов создания такой теории систем был австрийский биолог Людвиг фон Берталанфи (1901-1972). Он писал, что “мы можем задаться вопросом о принципах, применимых к системам вообще, независимо от их физической, биологической или социальной природы. Если мы поставим такую задачу и подходящим образом определим понятие системы, то обнаружим, что существуют модели, принципы и законы, которые применимы к обобщенным системам, независимо от их частного вида, элементов или сил их составляющих”. Однако создать такую универсальную теорию систем пока не кому не удается, особенно с большими сложностями ученые сталкиваются при системном исследовании социальных процессов.

Системный подход оказал большое влияние на развитие философского знания. Так, некоторые сторонники системного подхода на Западе стали рассматривать его в качестве новой философии, где упор делается на синтез, на целое, а не на редукцию и части. В связи с этим новое видение получила старая философская проблема соотношения целого и частей.

Системный подход избегает крайностей как одной, так и другой точек зрения. Он исходит из того, что система как целое возникает не каким-то мистическим, необъяснимым путем, а в результата конкретного взаимодействия вполне определенных реальных частей. Именно вследствие этого взаимодействия и образуются новые интегральные свойства системы. Вновь же возникшая целостность в свою очередь начинает оказывать воздействие на части, подчиняя их функционирование задачам и целям единой целостной системы.

Лекция № 10. Основные положения термодинамики. Понятие открытых систем. Возникновение синергетики.

Рассматривая законы движения в классической и квантовой механики, мы не обращали внимания на характер времени, посредством которого описываются процессы изменения. Если заданы начальные координаты и импульс системы и известны уравнения движения, то в механике можно однозначно определить любое состояние системы, как в будущем, так и в прошлом. Например, колебание маятника, движение Земли вокруг Солнца. Таким образом, направление времени никак не учитывалось в классической механике. Если классическая механика и физика описывали детерминированные обратимые процессы, то биология, геология, социальные науки описывали процессы необратимые, изменяющиеся во времени, и имеющие свою историю. Хотя в качестве переменной время входит во все уравнения классической и квантовой механики, оно, тем не менее, не отражает внутренние изменения, которые происходят в системе.

Положение изменилось после того, как физики занялись изучением тепловых процессов, законы которых были сформулированы в классической термодинамики.

Классическая т ермодинамика возникла в середине 19 века (Сади Карно, Джоуль, Томсон, Р. Клаузиус и др.) из обобщения многочисленных фактов, описывающих явления передачи, распространения и превращения тепла. Самым очевидным являлся факт, что распространение тепла представляет собой необратимый процесс. К примеру, тепло, возникшее в результате трения или какой-либо механической работы невозможно снова превратить в энергию и использовать для производства работы.

Первый закон термодинамики (Р.Клаузиус): Если к системе подводится тепло (Q) и в ней производится работа (А), то внутренняя энергия всей системы возрастет до величины (U).

U = Q + A

Внутренняя энергия системы (U) показывает, что тепло полученное системой не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии. Величину внутренней энергии можно увеличить двумя эквивалентными способами: произведя над телом механическую работу (А) или сообщая телу количество теплоты (Q)

. dU = А + Q.

Работа (А) может быть определена как мера изменения энергии системы. Работа может быть произведена за счет приложения силы к телу или за счет уменьшения потенциальной энергии тела и перехода ее в кинетическую энергию. mv2\2.

Теплота (Q) есть проявление кинетического движения молекул. Поэтому понятие теплоты и работы рассматривают как эквивалентные и выражают в Джоулях (Дж). Ранее теплоту связывали с особым видом невесомой материи – теплородом, присутствие которого и вызывает якобы нагретость тела. Единица измерения теплоты, дожившая с тех времен до наших дней – “калория”, что в переводе означает “теплород”.

В 1827 году был сделан вывод о том, что теплота и механическая работа обратимы одна в другую.

Всеми явлениями природы управляет закон сохранения ипревращения энергии (Майер): энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает бесследно; количество энергии неизменно, она только переходит из одной формы в другую.

Первая формулировка второго закона термодинамики принадлежит Жозефу Фурье в 1811 году: количество теплоты переносится от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой. Это приводит к выравниванию температуры во всех точках пространства изолированной системы. Было показано, что явление теплопроводности представляет собой необратимый процесс.

Так, нельзя произвести работу исключительно за счет изъятия тепла из одного замкнутого резервуара при постоянной температуре. Невозможно произвести работу за счет охлаждения озера или моря при установившейся там температуре и с учетом того, что это замкнутые системы. Подобные факты и легли в основу формулировки второго закона термодинамики.

Иную формулировку второго закона термодинамики предложил Р.Клаузиус (1822-1888). Согласно этому закону энтропия замкнутойсистемы ( то есть системы, которая не обменивается с окружающим миром веществом ни веществом, ни энергией, ни информацией) при протеканиинеобратимых процессов постоянно возрастает.

Понятие энтропии было введено Р.Клаузиусом. В переводе с греческого энтропия означает “поворот”, “превращение”. Энтропия означает хаос, беспорядок, дезорганизацию в системе. Энтропия также означает постепенное забвение частицами первоначальной асимметрии и переход к состоянию симметрии и энергетического выравнивания.

Энтропия в замкнутой системе при протекании обратимых процессов (например, колебательных) постоянна (S = const), она то увеличивается, то уменьшается.

Энтропия в замкнутой системе при протекании необратимых процессов (например, тепловых) постоянно возрастает, пока не достигнет точки термодинамического равновесия, то есть такой точки, в которой всякая работа становится невозможной. Об изменении закрытых систем в классической термодинамике мы судим по увеличению их энтропии. Последняя таким образом, выступает в качестве своеобразной стрелывремени. Чем выше энтропия системы, тем больший промежуток времени прошла система в своей эволюции.

Попытку распространить законы термодинамики на Вселенную в целом предпринял Р.Клаузиус, выдвинувший следующие постулаты.

- Энергия Вселенной всегда постоянна, то есть Вселенная – это замкнутая система.

- Энтропия Вселенной всегда возрастает.

Если мы примем второй постулат, то нам надо признать, что все процессы во Вселенной направлены на достижение состояния термодинамического равновесия, характеризуемого максимумом энтропии, что означает наибольшую степень хаоса, дезорганизации, энергетическое уравновешивание. В этом случае во Вселенной наступает тепловая смерть и никакой полезной работы, никаких новых процессов или образований в ней производиться не будет. С этой мрачной перспективой были не согласны многие ученые, предполагавшие, что наряду с энтропийными процессами во Вселенной должны происходить и антиэнтропийные процессы, которые препятствуют тепловой смерти Вселенной. Некоторые ученые догадывались, что само понятие закрытой или изолированной системы является абстракцией, не отражающей реальных систем, встречающихся в природе.

Так, Людвиг Больцман связал понятие энтропии с вероятностью состояния системы. Энтропия (S) есть логарифм вероятности состояния системы. Макс Планк вывел следующую формулу определения энтропии:

S = k ln W,

где S – энтропия, k – коэффициент пропорциональности (постоянная Больцмана), W – полный статистический вес системы.

Л.Больцман предположил, что для небольшого числа частиц второйзакон термодинамики не должен применяться, ибо в этом случае нельзя говорить о состоянии равновесия системы. При этом наша часть Вселенной рассматривается как небольшая часть бесконечной Вселенной. А для такой небольшой области допустимы небольшие флуктуационные отклонения от равновесия, благодаря чему в целом исчезает необратимая эволюция нашей части Вселенной в направлении к хаосу. Таким образом, во Вселенной имеются относительно небольшие участки, порядка нашей звездной системы, которые в течение относительно небольших промежутков времени значительно отклоняются от теплового равновесия. И мы говорим, что в этих участках имеет место эволюция, то есть развитие, усовершенствование, разрушение симметрии.

Эта достаточно общая идея Л.Больцмана подтверждалась конкретными эволюционными теориями в биологии, геологии, социологии и проч. Известно, что эволюционная теория Ч.Дарвина аргументировано, свидетельствовала о том, что живая природа развивается в направлении совершенствования и усложнения видов растений и животных. В истории и экономике, несмотря на отдельные зигзаги, в целом движение идет по пути прогресса. Теория же “тепловой смерти” Р.Клаузиуса утверждала, что физические системы эволюционируют в направлении беспорядка, разрушения, дезорганизации. В таком случае оставалось неясным, каким образом из неживой природы, системы которой имеют тенденцию к разрушению, могла появиться живая природа и социальные системы, которые стремятся к совершенствованию и усложнению своей организации? Как можно было разрешить противоречие, возникшее между представлениями классической термодинамики с одной стороны и биологии, геологии, экономики, социологии с другой? Для разрешения этого противоречия была предложена новая термодинамика, термодинамика открытых систем, где место закрытой изолированной системы заняло фундаментальное понятие открытой системы.

Открытая система – это система, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией или информацией. Открытая система тоже производит энтропию, как и закрытая, но в отличие от закрытой эта энтропия не накапливается в открытой системе, а выводится в окружающую среду. Использованная отработанная энергия рассеивается в окружающей среде и взамен ее из среды извлекается новая свежая энергия (порядок), способная производить полезную работу. Возникающие для этих целей материальные структуры, способные рассеивать использованную энергию и поглощать свежую, называются диссипативными. В результате такого взаимодействия система извлекает порядок из окружающей среды, одновременно внося беспорядок в эту среду. С поступлением новой энергии, вещества или информации неравновесность в системе возрастает. Прежняя взаимосвязь между элементами системы, которая определяла ее структуру, разрушается. Между элементами системы возникают новые связи, приводящие к кооперативным процессам, то есть к коллективному поведению элементов. Так схематически можно описать процессы самоорганизации в открытых системах.

В качестве примера такой системы можно взять работу лазера, с помощью которого получают мощные оптические излучения. Хаотические колебательные движения частиц такого излучения, благодаря поступлению определенной порции энергии извне производят согласованные движения. Частицы излучения начинают колебаться в одинаковой фазе, вследствие чего мощность лазерного излучения много кратно увеличивается, несоизмеримо с количеством подкаченной энергии. Изучая процессы, происходящие в лазере, немецкий физик Г.Хакен (р.1927) назвал новое направление синергетикой, что в переводе с древнегреческого означает “совместное действие”, “взаимодействие”.

Еще одним известным примером самоорганизации могут служить химические реакции. Самоорганизация в этих реакциях связана с поступлением в систему извне веществ, обеспечивающих продолжение реакции (реагентов), с одной стороны, и выведением в окружающую среду продуктов реакции, с другой стороны. Внешне такая самоорганизация может проявиться в виде концентрических волн или в периодическом изменении цвета реагируемого раствора (например, с синего на красный и обратно). Последняя была названа химическими часами или брюсселятором, по названию города, где она была впервые проведена (г.Брюссель). Химические часы получил и исследовал известный бельгийский химик русского происхождения И.Р.Пригожин (р.1917). “Предположим, что у нас имеются молекулы двух сортов: “красные” и “синие”. Из-за хаотического движения молекул можно было бы ожидать, что в какой-то момент в левой части сосуда окажется больше “красных” молекул, а в следующий момент больше станет “синих” молекул и т.д. Цвет смеси с трудом поддается описанию: фиолетовый с беспорядочными переходами в синий и красный. Иную картину мы увидим, разглядывая химические часы: вся реакционная смесь будет иметь синий цвет, затем ее цвет резко изменится на красный, потом снова на синий и т.д. Смена окраски происходит через правильные интервалы времени. Для того чтобы одновременно изменить свой цвет, молекулы должны каким-то образом поддерживать связь между собой. Система должна вести себя как единое целое”. (Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С.202-203)

С позиций самоорганизации становится понятным, что весь окружающий нас мир и Вселенная представляют собой совокупность различных самоорганизующихся процессов, служащих основанием всякой эволюции.

Необходимыми условиями для возникновения самоорганизации в различных системах являются следующие:

1. система должна быть открытой, потому что закрытая система, в конечном счете, должна прийти в состояние максимального беспорядка, хаоса, дезорганизации;

2. открытая система должна находиться достаточно далеко от точкитермодинамического равновесия. Если система расположена вблизи от точки термодинамического равновесия, то со временем она неизбежно приблизится к ней и, в конце концов, придет в состояние полного хаоса и дезорганизации. Ибо точка термодинамического равновесия является сильным аттрактором;

3. фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение порядка через флуктуации. Флуктуации или случайные отклонения системы от некоторого среднего положения в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Однако, в открытых системах, благодаря усилению неравновесности, эти отклонения со временем возрастают и, в конце концов, приводят к “расшатыванию” прежнего порядка и возникновению нового. Этот процесс характеризуется как принцип образования порядка через флуктуации. Флуктуации носят случайный характер. Поэтому становится ясным, что появление нового в мире связано с действием случайных факторов. Например, тоталитарное общество в Советском Союзе являлось прочной социальной структурой. Однако, поступающая из-за рубежа информация о жизни других обществ, торговля (обмен товарами) и т.п. стали вызывать в тоталитарном обществе отклонения в виде свободомыслия, недовольства, диссидентства и т.п. Вначале структура тоталитарного общества была в состоянии подавлять эти флуктуации, но их становилось все больше и сила их нарастала, что привело к расшатыванию и развалу старой тоталитарной структуры и замене ее новой;

4. возникновение самоорганизации опирается на положительную обратную связь. Согласно принципу положительной обратной связи, изменения появляющиеся в системе не устраняются, а усиливаются, накапливаются, что приводит, в конце концов, к возникновению нового порядка и структуры. Роль положительной обратной связи сводится, как было сказано выше, к расшатыванию старой структуры системы, к переходу к деиерархизации системы;

5. процессы самоорганизации сопровождаются нарушениемсимметрии. В частности, при описании необратимых процессов приходится отказаться от симметрии во времени, характерной для обратимых процессов. Симметрия означает выравнивание, энергетическое равновесия и, в конечном счете, застой и смерть системы.

6. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов, то есть имеющих некоторые критические параметры. Так, для каждой самоорганизующейся системы эти критические параметры свои.

Вышеизложенным путем шла к идеи синергетики науки, но был и другой – культурно-исторический, который тоже привел к понятию самоорганизации.

Лекция № 11. Основные понятия синергетики. Возможностьуправления синергетическими системами.

Взрывные, катастрофические процессы были известны человечеству издавна. Скажем, человек, путешествующий по горам знал, на основе своего эмпирического опыта, что горная лавина может обрушиться внезапно, чуть ли не от дуновения ветра или неудачно сделанного шага.

Революции и катаклизмы часто представляли собой следствия последней капли народного недовольства, последнего случайного события переполнившего чашу весов. Это были типичные малые причины больших событий.

Каждый из нас может вспомнить определенные ситуации выбора, которые стояли на жизненном пути, и в решающие жизненные моменты перед нами открывалось несколько возможностей. Все мы включены в механизмы, где в критический момент, момент перелома решающий выбор определяет случайное событие. Итак, лавинообразные процессы, социальные катаклизмы и потрясения, критические ситуации выбора на жизненном пути каждого человека... Можно ли подвести единую научную основу под все эти, казалось бы различные, факты? Последние 30 лет закладывается фундамент такой универсальной научной модели, которая получила название синергетики.

Как мы уже видели, синергетика основана на идеях системности,целостного подхода к миру, нелинейности (то есть много вариантности), необратимости, глубинной взаимосвязи хаоса и порядка. Синергетика дает нам образ сложноорганизованного мира, который является не ставшим, а становящимся, не просто существующим, а непрерывно возникающим. Этот мир развивается по нелинейным законам, он полон неожиданных, непредсказуемых поворотов, связанных с выбором дальнейшего пути развития.

Предметом синергетики являются механизмы самоорганизации. Это механизмы образования и разрушения структур, механизмы, обеспечивающие переход от хаоса к порядку и обратно. Эти механизмы не зависят от конкретной природы элементов систем. Они присущи неживому миру и природе, человеку и социуму. Синергетику поэтому считают междисциплинарным направлением научного исследования.

Синергетика, как и любая другая наука, имеет свой собственный язык, свою систему понятий. Это такие понятия как “аттрактор”, “бифуркация”, “фрактальный объект”, “детерминированный хаос” и другие. Понятия эти должны стать доступными для каждого образованного человека, тем более что им можно найти соответствующие аналоги в науке и культуре.

Понятие “аттрактор” близко к понятию цели. Это понятие можно раскрыть как целеподобность, как направленность поведения системы, как устойчивое относительно конечное ее состояние. В синергетике под аттрактором понимают относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягиваетк себе всемногообразие траекторий системы, определяемых разными начальными условиями. Если система попадает в конус аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию. Например, независимо от начального положения мяча, он скатится на дно ямы. Состояние покоя мяча на дне ямы – это аттрактор движения мяча.

То, что в синергетике называют “бифуркацией ” имеет глубокие аналоги в культуре. Когда сказочный рыцарь стоит, задумавшись у придорожного камня на развилке дорог и выбор пути определит его дальнейшую судьбу, то это и является по существу наглядно-образным представлением бифуркации в жизни человека. Эволюция биологических видов, представленная в виде эволюционного дерева, наглядно иллюстрирует ветвящиеся пути эволюции живой природы. Прохождениечерез точки ветвления, совершенный выбор закрывает иные пути и делает тем самымэволюционный процесс необратимым. Синергетический смысл бифуркации таков – это точка ветвлениявозможных путей эволюции системы. Нелинейную систему можно определить как систему, таящую в себе бифуркации.

Фрактальными объектами называют такие объекты, которые обладают свойством самоподобия. Это означает, что малый фрагментструктуры такого объекта подобен другому более крупному фрагменту или даже всей структуре в целом. Свойство фрактальности имеет глубинные культурные, философские и научные аналоги. Так, согласно монадологии Лейбница, каждая монада отражает как в зеркале свойства мира в целом. Или высказывания типа, “каков человек, таково и общество”. Российский физик М.А.Марков предположил, что, возможно, существует элементарная частица фридмон, которая заключает в себя весь мега мир.

Детерминированный хаос – это особое нестабильное, критическое состояние системы, которое, однако, содержит в себе богатое содержание, таит ряд возможностей для выбора нового оптимального пути развития. Количество таких путей, все же не безгранично, а предопределено, детерминировано. “Нужно носить в себе еще хаос, чтобы быть в состоянии родить танцующую звезду” (Ф.Ницше).

Мы уже говорили, что предметом синергетики являются универсальные механизмы самоорганизации. Сейчас же настало время рассмотреть некоторые из них.

Структурная общность, то есть единая симметрия форм, образующихся в живой и неживой природе в результате процессов самоорганизации. Например, спиралевидные формы, которые мы можем наблюдать как спиральные рукава нашей галактики (Млечный Путь), спиральные вихри циклонов в атмосфере Земли, спиральная форма раковин многих моллюсков, спирально закрученные рога многих копытных, спиральная форма ДНК и т.д.

Аналогичную общность и широкое распространение имеет структура шестигранных ячеек. Проявление этой структуры мы можем найти в пчелиных сотах, снежинках, перистых облаках, в географическом распределении населения по территории и т.д.

Синергетика показывает необходимость образования в процессах самоорганизации именно таких структур.

Следующим механизмом является функциональная общность процессов самоорганизации. Устойчивость процессов самоорганизации поддерживается благодаря следованию законам ритма, циклическойсмены состояний: подъем – застой – спад – подъем и т.д. И человек, и общество, и природа – все подчиняется этим ритмам. Например, раздувание и сжатие наблюдаемой Вселенной, смена активности (бодрствования и сна) у человека и животных, колебания творческой активности у человека, чередования политических и экономических подъемов и спадов в обществе и т.д.

Третьим крупным механизмом самоорганизации является случайность как элемент мира. Случайность, которая играет особую, творческую роль в процессах самоорганизации, случайность, которая творит новую структуру.

Выделяют два вида случайности:

1. случайность, которая дает начало направленной эволюции системы. Здесь необходимость рождается на базе случайности.

2. Случайность, которая дополняет необходимость, представляет собой форму ее проявления. Это традиционное философское понимание случайности.

Мы уже видели, что хаос, беспорядок, случайность необходимы для возникновения нового. Как правило, всякий процесс развитиясопровождается огромным фоном случайностей. Когда и какой случайности удастся стать существенной, прорваться с малого масштаба в масштаб системы в целом? Инициирующим началом самоструктурирования системы является малая случайность (флуктуация), одна из общего фона случайностей, которым сопровождается любой процесс. Для объяснения перехода от хаоса к порядку И.Пригожин вводит принцип “порядок через флуктуации ”. В открытых, нелинейных системах обязательно существуют диссипативные структуры, осуществляющие процесс диссипации, то есть процесс уничтожения, выжигания всего лишнего и оставления лишь того, что образует, выстраивает новую структуру. Хаос, как это ни странно, конструктивен в самой своей разрушительности и через нее. Хаос есть важнейшее свойство процессов самоорганизации, необходимое для выхода на аттрактор, для создания новой структуры. Чтобы случайность могла прорваться в масштаб системы, необходимое особое состояние системы. Это состояние называют неустойчивостью. Состояние неустойчивости системы означает ее чувствительность к малейшим флуктуациям (случайностям). Простейшие примеры неустойчивости: положение мяча, находящегося на вершине горки, где любое малейшее отклонение может привести мяч к падению вниз; неустойчивое положение карандаша, который пытались поставить на острие, революционная ситуация в обществе и т.п. Неустойчивость – это то, что приводит к коренным перестройкам нелинейной открытой системы. Если нет неустойчивости, то нет и развития. Иначе говоря, развитие происходит через неустойчивость, через бифуркации, через случайность.

Подведем некоторые итоги. Чтобы в системе могли развиться катастрофические, лавинообразные процессы, чтобы случайность могла развертывать цепь значительных событий, сама среда должна быть особым образом подготовлена. Среда должна находиться в возбужденном, критическом предреволюционном состоянии, когда мельчайшая пылинка может привести к закипанию воды в котле, а незначительный повод может вызвать социальную катастрофу, сметающую все на своем пути.

Проблема возникновения новой структуры в открытой нелинейной системе – это проблема качественного скачка, проблема непредсказуемости и относительной не обусловленности возникновения нового, рождение нового сразу, вдруг как некого целого, а не по частям, не фрагментарно.

В открытой системе потенциально существует спектр структур (форм организации), которые в ней могут появиться. Причем, возможные для возникновения структуры определяются исключительно внутренними свойствами этой системы, а не внешним на нее воздействием. Идея о спектре структур в открытой нелинейной системе позволяет дополнительно прояснить место случайности в эволюции системы. Какие именно пути эволюции системы могут быть в принципереализованы, – определяются собственными свойствамисистемы. Случайность же определяет возможные “блуждания” по полю путей развития. В состоянии неустойчивости или вблизи точки бифуркации случайность может обусловитьто, какая из спектравозможных структур возникнет в данный момент. Случайность способна сыграть роль того механизма, той силы, которая выводит систему на аттрактор, на одну из собственных, наиболее устойчивых и вероятных структур системы. Далее, открытая система начинает сама себя выстраивать, организовывать, но для начала этого процесса необходим хаос, необходима случайность.

Синергетика и управление.

Традиционный, господствующий до настоящего времени подход куправлению природными и социальными процессами соответствовал схеме: управляющее воздействие – желаемый результат. Причем, чем больше прилагаешьусилий, тем больше как будто бы отдача. Однако, такое представление о процессе управления не только упрощенно, но и опасно. Оно, к примеру, привело нашу страну к глубокому экологическому и социальному кризису. Наша жизнь показала, что стремление к предельной планомерности, заорганизованности, централизации сверху привело к обратному, непредсказуемому результату, трудно преодолимому кризису. Знание законов синергетики (самоорганизации) сложных систем вселяет в человека новые надежды и дает новые перспективы.

Во-первых, раз существует множество путей развития, то значит путь развития не предопределен, не единственен. У человечества есть право выбора лучшего, оптимального для него пути развития. Оптимальный путь развития надо выбирать, его надо вычислять и им надо управлять.

Во-вторых, хотя путей развития системы и много, но их количество все же не бесконечно. Знание ограничений, то есть того, что в принципе нельзяосуществить в данной системе - это само по себе очень ценное знание. Так, человек знает, что нельзя изобрести вечный двигатель, черпать энергию из ничего и т.д. И тогда человек уже не будет тратить материальные ресурсы и время, собственные усилия впустую.

В-третьих, человек может рассчитать желательные, оптимальныеи осуществимые “сценарии” развертывания событий и контуры будущего. Зная будущее желательное состояние и способы следования естественным тенденциям самоорганизующейся системы, человек может сократить время выхода на аттрактор будущей формыорганизации. Тем самым можно избежать многих зигзагов эволюционного пути, то есть ускорить эволюцию.

Но каким же образом этого достичь? В каждом процессе развития открытой системы есть определенная стадия, где система особенночувствительна к воздействиям, согласованным с ее внутренними свойствами (резонансные воздействия). Резонансное воздействие, по сути дела, означает, что важна не величина, не сила воздействия на систему, а его правильная пространственно-временная организация, “архитектура”. Слабое, но резонансное воздействие, как правило, очень эффективно. Если мы будем “укалывать” систему в нужное время и в нужном месте, согласно ее собственным структурам возбуждения, то она будет развертывать перед нами желаемые формы и структуры.

Этот подход к управлению имеет универсальное значение. Исходя из него, можно ответить на вопрос, каковы эффективные способы воздействия человека на природу. Вплоть до настоящего времени отношение человека к природе строилось как внешнее воздействие, покорение, насилие (например, Ф.Бэкон: “знание – господство человека над природой, знание – эксплуатация природы….”). В соответствии с положениями синергетики необходимо ориентироваться на собственные, естественные тенденции развития природы, старатьсяпопадать с ними в резонанс.

И.Пригожин поставил в рамках синергетики и еще один вопрос: какие модели социальной организации можно считать наиболее устойчиво функционирующими? Это, прежде всего архаические социальные системы (племена аборигенов и т.п.), беспрекословно следующие традициям и ритуалам, системы, где имеет место полное “растворение” человеческой личности в родовых связях и обычаях. Социальная структура архаического общества есть, по-видимому, естественный аттрактор (наиболее их устойчивое состояние), на который вышли эти общественные системы в результате их длительной эволюции.

Английский философ Нового времени Б.Мандевиль в “Басне опчелах” проводит следующий мысленный эксперимент. Он рассматривает человеческое общество по аналогии с пчелиным ульем. Мендевиль приходит к выводу, что общественный прогресс стимулируется, питается своеволием и эгоизмом индивидов, хаотичностью, неповторимостью личностей и их устремлений (своего рода детерминированный хаос). Если же все члены общества вдруг стали бы добродетельными и похожими друг на друга, то общество пришло бы с неизбежностью к запустению и упадку. В этой басне содержится, как мы видим, рациональное зерно. Только хаотичность,разнонаправленность индивидуального поведения, подвижность индивидов, возможность их корреляции приводят в рамках системы кнаправленному прогрессивному развитию.

Для современной России необходим рынок разнообразных товаров и услуг, научных и технических идей, политических платформ и т.д. Этот аналог детерминированного хаоса является необходимым условием для вывода России на аттрактор, то есть на устойчивую собственную тенденцию развития.

В.П.Бранский в своей статье “Теоретические основы социальнойсинергетики” проводит глубокий анализ определения возможных путей развития общества. Любое общество представляет из себя диссипативную систему (то есть открытую самоорганизующуюся систему). Если предположить, что в основе развития общества лежит процесс отбора, то тогда для объяснения его развития надо ответить на три вопроса:

1. из чего производится отбор;

2. кто его осуществляет;

3. с помощью чего отбор осуществляется.

Первый фактор означает тезаурус, то есть сокровищница – множество вариантов для отбора. Чем богаче это множество, тем больше шансов найти что-нибудь действительно ценное. Каким образом возникает это множество? Какова природа его элементов? Ответ на эти вопросы дает бифуркация – точка разветвления эволюционной линии, разветвление исходного качества на новые качества. Число ветвей, исходящих из данной бифуркационной точки, определяет дискретный набор новых возможностей диссипативных структур, в любую из которых скачком может перейти данная актуально существующая структура.

С первого взгляда кажется, что выбор из указанных альтернатив – дело случая, но это не так. Ответственность за выбор ложится навнутреннее взаимодействие между элементами системы, которое и играет роль детектора, то есть того, кто производит выбор. Это взаимодействие между элементами представляет собой в общем случае либо конкуренцию, либо кооперацию.

Конкуренция – это деятельность элементов в противоположных направлениях.

Кооперация – деятельность в одном направлении, то есть совместная деятельность (по древнегречески – синергия).

Конечный результат отбора будет определяться равнодействующей всех взаимодействующих причин. Это равнодействующая будет определяться не только качественным, но и количественным аспектами взаимодействия.

Отсюда следует, что детектор “хитер и злонамерен”, ибо сам не знает заранее, каков будет окончательный результат отбора.

Взаимодействие между элементами (детектор) зависит от трех факторов:

1. внешнего воздействия на систему со стороны среды (случайные флуктуации среды);

2. собственной активности элементов системы;

3. от всей истории взаимодействия между элементами в прошлом.

Дата добавления: 2014-01-07