Основные принципы синергетики

Это и был  процесс рождения параметров порядка ---- так постепенно формировались небесные тела, материя обособилась в планетах и далее активная диссипация-эволюция шла именно на них и на Солнце, а космические ритмы стали консервативным мемориалом ранней эпохи творения, эволюционными кодами нашей звезды. Итак, не всякий медленный параметр будет "главнее" любого быстрого. Мы получаем коэволюцию квазинезависимых иерархических систем: наш пульс и дыхание слабо зависят от времени года; дети когда-то вырастают и живут самостоятельно, образуют свои семьи, и клановые узы ослабевают с ростом числа поколений; некогда единая плотная Вселенная предстает перед нами разрозненными островками звездной материи; первые праязыки тонут в пестроте разноплеменных наречий; вымершие архаические организмы дали фантастическое разнообразие жизни. Все это свидетельства того, что иерархичность не может быть, раз и навсегда установлена, т.е. не покрывается только принципом Бытия, порядка. Необходимы принципы Становления-проводники эволюции.

Пять принципов  Становления: 3-нелинейность, 4-неустойчивость, 5-незамкнутость, 6-динамическая иерархичность, 7- наблюдаемость.

Они характеризуют  фазу трансформации, обновления системы, прохождение ею последовательно  путем гибели старого порядка, хаоса  испытаний альтернатив и, наконец, рождения нового порядка.

Начнем с первых трех принципов, "ТРЕХ НЕ", или "НЕ"-принципов, которых всячески избегала классическая методология, но которые позволяют  войти системе в хаотическую  креативную фазу. Обычно это происходит за счет положительных обратных связей, усиливающих в системе внешние возмущения. Выполнение этих принципов необходимо и достаточно для становления системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Нелинейность

Линейность -один из идеалов простоты и вожделение многих поколений математиков и  физиков, пытавшихся свести реальные задачи к линейному поведению. Замечательно, что это всегда удается вблизи положения равновесия системы. Образы такого поведения всем хорошо знакомы: малые (гармонические) колебания маятника, или грузика на пружинке, а также равномерное или равноускоренное движение тел, известные нам со школы. Оказывается, что и высшая школа учит решать в основном линейные задачи (линейные дифференциальные уравнения), развивая у людей линейную интуицию, сея иллюзию простоты этого мира. Гомеостаз системы часто осуществляется именно на уровне линейных колебаний около оптимальных параметров, поэтому так важен простой линейный случай. Он экономит наши интеллектуальные усилия. Определяющим свойством линейных систем является принцип суперпозиции: сумма решений есть решение, или иначе - результат суммарного воздействия на систему есть сумма результатов, так называемый линейный отклик системы, прямо пропорциональный воздействию. Напомним, что для линейных динамических систем можно складывать векторы начальных состояний и решения так же складываются, можно складывать правые части - источники и решения так же складываются.

Но представьте, что весь мир состоит из линейных систем. В нем просто будет очень  скучно: атомы не смогут потерять ни одного электрона, значит не будет химических реакций; люди не смогут менять своих привязанностей, и, вообще, невозможно будет создать ничего нового, ничего синтезировать, ничего разделить.

Итак, нелинейность есть нарушение принципа суперпозиции в некотором явлении: результат  суммы воздействий на систему  не равен сумме результатов этих воздействий. Результаты действующих причин нельзя складывать.

Результат Суммы  Причин ? Сумме Результатов Причин

В более гуманитарном, качественном смысле: результат непропорционален усилиям, неадекватен усилиям, игра не стоит свеч; целое не есть сумма его частей; качество суммы не тождественно качеству слагаемых, и т.д. Последнее, в частности, следует из того факта, что в системе число связей между ее элементами растет быстрее числа самих элементов.

Люди строят прогнозы, усваивая опыт, как правило, сознательно или бессознательно, линейно экстраполируя (продолжая) в будущее происходящее сейчас или бывшее в ближайшем прошлом. Зачастую ожидания не оправдываются -отсюда и поговорка "история учит нас, что ничему не учит", т.к. история безусловно нелинейный процесс и ее уроки не сводятся к выработке условного рефлекса на происходящее. Но это не значит, что надо отказаться от быстрого линейного прогнозирования, этого основного стандарта нашего мышления, просто надо знать область его применимости.

Любая граница  целостности объекта, его разрушения, разделения, поглощения, предполагает нелинейные эффекты. Можно сказать, что нелинейность "живет", ярко проявляется вблизи границ существования  системы. Упругое тело, например резинка, перед разрывом теряет упругость, становится пластичной. В общем случае, чтобы перейти от одного состояния гомеостаза к другому мы вынуждены попасть в область их совместной границы, сильной нелинейности. Барьер тем выше, чем сильнее притяжение и больше область гомеостаза. Поэтому проще сразу учиться плавать правильно, чем потом переучиваться. Радикальная перестройка системы находящейся вблизи глубокого гомеостаза требует больших усилий.

Органы чувств так же имеют нелинейные характеристики чувствительности, границы восприятия, иначе мы были бы всевидящими, всеслышащими сказочными существами (доступны все частоты и интенсивности вибраций и излучений), с таким избыточным объемом информации никакой мозг не справился бы. Кроме того, шкала чувствительности не линейная функция, а логарифмическая. Поэтому при увеличении интенсивности звука в 100 раз он кажется громче лишь в 2 раза, что позволяет нам слышать и шорох упавшего листа и удар грома, хотя их интенсивности отличаются в миллионы раз.

Сами человеческие отношения носят крайне нелинейный характер, хотя бы потому, что существуют границы чувств, эмоций, страстей, вблизи которых поведение становится "неадекватным". Кроме того, коллективные действия не сводятся к простой сумме индивидуальных независимых действий. В этом и состоит психологическая сложность, нелинейность задачи подбора коллективов фирм, кафедр, компаньонов по бизнесу из профессионалов, формально гарантирующих успех. Нелинейна всегда и задача принятия решения, выбора.

Еще одна иллюзия  линейного мышления, играющая с нами злую шутку, - достижимость бесконечности. Вспомните массовый психоз, азарт игры в финансовые пирамиды; или веру в безудержный материальный прогресс общества. Но прямые графики линейных законов уходят в бесконечность только в теории, а в действительности все конечно, имеет границы и рано или поздно жизнь предъявит жесткий счет разочарований. Линейные стратегии мышления экономны и эффективны, но лишь в ограниченных рамках гомеостаза, вне которых они обманчивы, а порой и опасны.

Иногда говорят  о "нелинейном мышлении", красивой метафоре, которую каждый понимает по-своему. Кто-то, под нелинейным мышлением понимает в целом синергетический подход, порожденный свойствами нелинейных дифференциальных уравнений (альтернативность решений, бифуркации и т.д.); кто-то видит в нем просто синоним оригинальности, неожиданности хода мысли, полета фантазии, нарушения стереотипа и т.д.

Но иногда гуманитарии  призывают "нелинейное мышление" начать последний бой с "линейным мышлением", такая война метафор  абсурдна, поскольку линейная математика есть важнейший предельный случай нелинейной математики, а зачастую основа ее приближенных, итерационных методов. Поэтому мы предпочитаем говорить не о метафорическом "нелинейном мышлении", а о нелинейных методах и методологии.В кризисных ситуациях,повсеместных в наше время, востребуются именно нелинейные методы. 
 

6.Незамкнутость  (открытость)

Невозможность пренебрежения взаимодействием  системы со своим окружением. Свойство, которое долгое время пугало исследователей, размывало понятие системы, сулило тяжелые проблемы. Поэтому, хотя в природе все системы в той или иной степени открыты, исторически первой классической идеализацией было понятие замкнутой, изолированной системы, системы не взаимодействующей с другими телами.

Важно понять, что  любую систему можно с заданной точностью считать замкнутой достаточно малое время, тем меньшее, чем больше открыта система. И если это время существенно больше времен описания-наблюдения за системой, то такая модель оправдана.

Для замкнутой  физической системы справедливы фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса), радикально упрощающие описание простых систем. Но самое главное для нас: в замкнутых системах с очень большим числом частиц справедлив второй закон (второе начало) термодинамики, гласящий, что энтропия S (мера хаоса) со временем возрастает или остается постоянной S ? 0, т.е. хаос в замкнутой системе не убывает, он может лишь возрастать, порядок обречен исчезнуть. Итак, замкнутая система не может увеличивать свой порядок, замкнутая Вселенная идет к хаосу--- тепловой смерти. Осознание этого факта потрясло умы научной общественности XIX века, но потом вроде привыкли --- слишком долго ждать.

Само существование  жизни, высоко организованного разума, казалось бы, упорядочивающих этот мир восстает против такой перспективы. Но закон есть закон, и живые организмы и человеческая цивилизация создают порядок в себе и вокруг себя за счет увеличения общего беспорядка, энтропии планеты и окружающего космоса. Сами же живые системы и общество системы открытые, потребляющие вещество и энергию, для них второе начало не применимо, и энтропия может уменьшаться. Именно открытость позволяет эволюционировать таким системам от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняться, только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями.

В неживой природе  диссипация (преобразование системой поступающей энергии в тепловую) тоже может приводить к упорядоченными структурам. Например, эволюция Солнечной системы, или дорожка водоворотов за веслом на быстрой воде. Именно с описания таких систем в химии и теории лазера и началась синергетика.

Более того, наиболее интересные гомеостатические структуры, это структуры не находящиеся в равновесии со средой, т.е. не обладающие максимально возможной энтропией. Они могут существовать лишь в открытых, диссипативных системах, и в больших системах их называют устойчивыми неравновесными структурами, поддерживающими себя за счет внешних потоков.

Яркая метафора устойчивой неравновесности это  езда на велосипеде: пока энергия подкачивается, т.е. мы крутим педали, велосипед движется вполне устойчиво, когда же перестаем, велосипед останавливается и  падает, процесс утрачивает устойчивость и система переходит к другому, примитивному гомеостазу.

На языке иерархических  уровней принцип открытости подчеркивает два важных обстоятельства. Во-первых, это возможность явлений самоорганизации  бытия в форме существования  стабильных неравновесных структур макроуровня (открытость макроуровня к микроуровню при фиксированных управляющих параметрах). Во-вторых, возможность самоорганизации становления, т.е. возможность смены типа неравновесной структуры, типа аттрактора (открытость макроуровня к мегауровню меняющихся управляющих параметров системы).

Оказывается, что  при переходе от одного положения  гомеостаза к другому, в области  сильной нелинейности система становится обязательно открытой в точках неустойчивости. Даже если вы использовали первоначально замкнутую модель, в таких точках ее следует расширить до открытой. 
 

7.Неустойчивость

Последнее из трех "НЕ"-принципов (нелинейность, незамкнутость, неустойчивость) содержит в себе два  предыдущих, и, вообще, долгое время  считалось дефектом, недостатком системы. Ну кто будет конструировать неустойчивый велосипед или самолет? В механизмах, двигателях это "мертвые" точки, которые надо проскакивать по инерции-особая инженерная задача. Так было до недавнего времени, пока не понадобились роботы нового поколения, перестраеваемые с одной программы-гомеостаза на другую; обучающиеся системы, воспринять разные модели поведения. Здесь всякий раз система подходит к точке выбора.

Будем говорить, что состояние, траектория или программа  системы неустойчивы, если любые сколь угодно малые отклонения от них со временем увеличиваются. Если это справедливо лишь для некоторых типов отклонений, то говорят о частичной неустойчивости.

Согласно Илье Пригожину, архетипом, символом неустойчивости, и вообще, становления можно считать перевернутый маятник, который готов упасть вправо или влево в зависимости от малейших воздействий извне, или случайных тепловых колебаний материала маятника, ранее абсолютно несущественных. Таким образом, в точке неустойчивости система (даже замкнутая) действительно становится открытой, является чувствительным приемником воздействий других уровней бытия, получает информацию ранее недоступную ей.

Такие состояния  неустойчивости, выбора принято называть точками бифуркаций (буквально двузубая вилка, по числу альтернатив, которых может быть и не две), они непременны в любой ситуации рождения нового качества и характеризуют рубеж между новым и старым. Например, высшая точка перевала отделяет одну долину от другой, это неустойчивое положение шарика на бугорке.

Значимость точек  бифуркации еще и в том, что  только в них можно не силовым, информационным способом, т.е. сколь  угодно слабыми воздействиями повлиять на выбор поведения системы, на ее судьбу.

Открытие неустойчивости, непредсказуемости поведения в простых динамических системах содержащих не менее трех степеней свободы в шестидесятые годы, совершило революцию в понимании природы сложности нашего мира, открыло нам миры динамического хаоса, странных хаотических аттракторов и фрактальных структур. Именно свойство неустойчивости в критические моменты развития систем позволяет понять "роль личности в истории", позволяет расширять пространства состояний систем (теория джокеров Г.Малинецкого), генерировать информацию в перемешивающем хаотическом слое (динамическая теория информации Д.Чернавского).