Синергетика как феномен постнеклассической науки - Владимир Аршинов

Это название впервые появилось в опубликованной в 1971г. работе Д.Рюэлля и Ф.Такенса «О природе турбулентности». Оно отражает чувство удивления исследователей, впервые столкнувшихся с фундаментальным фактом типичности существования аттракторов, не сводимых к неподвижным точкам и предельным циклам в случае динамических систем с небольшим числом степеней свободы (n≥2). Другое название странных аттракторов — стохастические аттракторы — возможно, лучше отражает суть дела, поскольку на самом аттракторе движение системы носит неустойчивый характер. Эта неустойчивость заключается в том, что при сколь угодно малом изменении начальных условий возникает сколь угодно большое расхождение исходного и возмущенного движений. Еще в 40-х годах наш соотечественник, физик Н.Н.Крылов, а также М.Борн обратили внимание на тот факт, что статистические закономерности возникают в детерминированных системах, динамика которых неустойчива. Иными словами, неустойчивость механических состояний влечет за собой устойчивость статистических состояний, что и находит свое выражение в существовании статистических закономерностей. В известном смысле верно и обратное. «Устойчивость механических состояний, которые могут рассматриваться как большие флуктуации — отклонения от статистического равновесия — означает неустойчивость статистической системы».

0днако Борн и Крылов связывали свои рассуждения с системами с очень большим числом степеней свободы. Типичным примером хаотического движения служило броуновское движение: частицы в жидкости или газе, или движение шарика в рулетке. Открытие странных аттракторов показало, что эта стохастичность не обязательно связана с большим числом степеней свободы как проявление законов больших чисел и предельных теорем теории вероятности, что уже у простой динамической системы возможно статистическое поведение, обусловленное осуществлением в ее фазовом пространстве странного аттрактора.

Предположим теперь, что мы наблюдаем за макроскопическими проявлениями в поведении некоторой изучаемой нами в эксперименте системы, и что эти проявления имеют хаотический характер. Не зная о существовании странных аттракторов, экспериментатор мог предположить, что он имеет дело с системой со многим числом степеней свободы, либо увидеть в наблюдаемом им хаосе свидетельство некорректности эксперимента, наличие случайных внешних воздействий, от которых он не сумел изолировать изучаемую им систему. Открытие странных аттракторов у экспериментатора открывает компромиссную третью возможность для выбора исходной идеализации исследуемой системы, предположив, что за наблюдаемым хаосом стоит скрытый порядок, который можно описать небольшим числом существенных параметров — условий, в которых функционирует исследуемая им система. Здесь важна устойчивость странных аттракторов при малых возмущениях, т.е. их нечувствительность к неизбежным во всяком эксперименте помехам. Именно благодаря этому динамические системы со странными аттракторами могут устойчиво воспроизводиться в эксперименте, а их стохастичность может рассматриваться в качестве внутреннего свойства таких систем, которое поддается описанию без привлечения идей теории вероятности, и на основе одной или двух ключевых переменных и нескольких ключевых параметров системы. Разумеется, эти переменные параметры еще необходимо найти, реконстриуровать, исходя из данных экспериментального наблюдения.

Из сказанного также следует неоправданность иерархической субординации, абстракции и идеализации, согласно которой последняя играет в познании подчиненную роль. Сетевая модель «горизонтальных коммуникаций лучше подходит для представления абстракции и идеализации в качестве средств познавательной деятельности. В познавательной деятельности, отмечает Хаттен, необходимо «сохранять баланс — иногда весьма рискованный — между идеализацией и абстракцией, для того, чтобы в конечном счете достигнуть интеграции концепций на определенном уровне и сформулировать удовлетворительную (proper) теорию».

Но дело не только в балансе между идеализацией и абстракцией, хотя он необходим для поддержания коммуникации между теорией и экспериментом. Дело и в том, что в самой структуре физической теории всегда присутствуют идеализации. Из них, пожалуй, самая важная — это идеализация изолированной, или замкнутой, системы. Из всех имеющихся в современной западной методологической литературе подходов к пониманию сущности научной теории на это обстоятельство в должной мере обращается внимание лишь в рамках так называемого семантического похода, развиваемого Бетом, Ван Фрасеном и Суппе. Семантический подход к научной теории был предложен в качестве альтернативы стандартной модели теории как системы логически упорядоченных утверждений. Семантический подход рассматривает теории «не как совокупности высказываний или утверждений, а как некие внелингвистические сущности, которые могут быть описаны или охарактеризованы посредством некоторого числа их лингвистических формулировок». Научные теории имеют своим предметом некоторый класс явлений, именуемый областью задания (intended scope) теории. В то же время ни одна теория не претендует на описание всех аспектов явлений в области ее задания. Теория предполагает возможность вычленения из явлений некоторых идеализированных систем, описываемых определенным числом параметров и степеней свободы. Иными словами, в области ее задания теория фактически характеризует не явления как таковые, а их идеализированные копии (replicos), именуемые обычно физическими системами.

Существенно, что эти системы в классической физике рассматриваются как замкнутые или относительно изолированные от остального мира. По словам Ю.И.Манина, такая система — «это часть Вселенной, эволюция которой в течение некоторого периода существования определяется лишь внутренними законами. Внешний мир или не взаимодействует с системой вовсе, или в некоторых моделях это взаимодействие учитывается суммарно как эффект связей, внешнего поля, термостата...». Далее Манин пишет, что для «математика изолированная система это: а)ее фазовое пространство, т.е. множество мгновенных состояний движения системы; б)множество кривых в разовом пространстве, изображающих возможные истории системы...».

И это понимание сконструированной идеализированной природы физических систем как автопоэзисов, которые операционально замкнуты языком их описания, в свою очередь дает нам возможность лучше понять роль теоретизации и экспериментации в создании познанием новых миров и реальностей.

2.7 Общая теория систем и синергетика: пример контакта, который не состоялся

В перечне предшественников синергетики в качестве претендента на роль междисциплинарной методологии помимо кибернетики обычно упоминается и общая теория систем. Имеет смысл остановиться на этом подробнее. На тему системности, системного подхода, общей теории систем написаны буквально горы книг и статей, многие из которых теперь представляют чисто исторический интерес. И все же надежда на синергетическое переоткрытие здесь есть. В конце концов никто не оспаривал утверждений, согласно которым специфика системного подхода наиболее отчетливо проявляется в контексте комплексных научно-технических проблем, связанных с познанием, конструированием и управлением сложноорганизованными эволюционирующими системами. В естествознании с такими системами имеют дело биология, экология, информатика, науки о земле, а также физика. Но это стало ясно после возникновения синергетики. Именно в лице синергетики физика становится наукой о познании сложноорганизованных систем. Причем это утверждение справедливо не только в отношении каких-то отдельных областей физики или ее приложений. Оно справедливо в отношении физики в целом, воссоздающей познаваемый ею мир в лейбницевском облике динамически сложных автопоэтических единств, когерентно связанных процессов. Эта тенденция видеть в познаваемых системах сложноорганизованные эволюционирующие миры отчетливо выражена в современной космологии, активно использующей для построения своих моделей весь арсенал фундаментальных теорий и методов современной физики. Примером здесь может служить возникшая одновременно с синергетикой физика черных дыр, которая опирается, с одной стороны, на развитие таких новейших методов наблюдения, как рентгеновская и гамма-астрономия, а с другой стороны — на систему теорий классической и квантовой физики, в том числе на общую теорию относительности (ОТО), квантовую теорию поля и термодинамику. Исследования всей совокупности явлений, связанных со свойствами таких миров, как черные дыры, носят отчетливо выраженный междисциплинарный характер. И все же коммуникативный контакт системных исследований и физики в явном виде не состоялся.