Реферат: Теориям самоорганизации - синергетика, теория изменений и теория катастроф
Революция в теориях самоорганизации получила название скачка, фазового перехода или катастрофы. Трудно согласиться с распространенной точкой зрения насчет эволюции системы, отождествляемой то с развитием, то с ростом системы, то с ее прогрессом и регрессом, иногда и со всем перечисленным одновременно, либо с изменением, дифференциацией, а в узком смысле - с количественным изменением (сноска 16). Поскольку эволюция является формой развития, а последнее представляет собой качественное изменение, было бы нелогично понимать под эволюцией количественное, постепенное изменение (тем более что количественное изменение отражается понятием "рост"), под эволюцией мы будем подразумевать поступательное, медленное, плавное качественное изменение, а под революцией, как это и принято, - скачкообразное, быстрое качественное изменение.
Встает также вопрос о соотношении понятий "организация", "развитие" и базового для синергетики понятия "самоорганизация". Под самоорганизацией понимается процесс установления в системе порядка, происходящий исключительно за счет кооперативного действия и связей ее компонентов и в соответствии с ее предыдущей историей, приводящий к изменению ее пространственной, временной или функциональной структуры. (сноска 17) Фактически, самоорганизация представляет собой установление организованности, порядка за счет согласованного взаимодействия компонентов внутри системы при отсутствии упорядочивающих воздействий со стороны среды. Это требует уточнения понятия "организация", введенного ранее, вернее, разделения на организацию как взаимодействие частей целого, обусловленное его строением, которое может быть задано как самой системой, так и внешней средой; организацию как упорядочивающие воздействия среды; а также организацию как объект такого воздействия. В концепциях самоорганизации организация понимается в двух последних смыслах.
Что касается соотношения понятий развития и самоорганизации, то первое следует признать более широким, поскольку оно включает как организующие воздействия среды, так и самоорганизацию; как прогрессивные процессы (которые в основном исследуют концепции самоорганизации), так и регрессивные. Чтобы система была самоорганизующейся и, следовательно, имела возможность прогрессивно развиваться, она должна удовлетворять, по крайней мере, следующим требованиям: система должна быть открытой, т.е. обмениваться со средой веществом, энергией или информацией; процессы, происходящие в ней, должны быть кооперативными (корпоративными), т.е. действия ее компонентов должны быть согласованными друг с другом; система должна быть динамичной; находиться вдали от состояния равновесия (сноска 18). Главную роль здесь играет условие открытости и неравновесности, поскольку, если оно соблюдено, остальные требования выполняются почти автоматически.
Так как движение и развитие равновесных и неравновесных, закрытых и открытых систем подчинено разным закономерностям, их необходимо рассматривать отдельно, первоначально проанализировав состояния равновесия - неравновесия с системно-синергетической точки зрения.
Под равновесием понимается состояние закрытой системы, при котором ее макроскопические параметры остаются неизменными (сноска 19), т.е. сохраняется установившаяся структура, функционирование, параметры ее входов и выходов. И. Пригожин и И. Стенгерс иллюстрируют равновесное состояние на примере племени: если рождаемость и смертность в нем примерно равны, то численность его остается постоянной, что соответствует (в данном аспекте, конечно) равновесному состоянию; небольшое превышение рождаемости при обильных источниках ресурсов не оказало бы существенного влияния, т.е. система находилась бы в состоянии, весьма близком к равновесию (сноска 20).
Состояние равновесия может быть устойчивым (стационарным) и подвижным. О стационарно равновесном состоянии говорят в том случае, если при изменении параметров системы, возникшем под влиянием внешних или внутренних возмущений, система возвращается в прежнее состояние (сноска 21). Состояние подвижного (неустойчивого) равновесия имеет место тогда, когда изменение параметров влечет за собой дальнейшие изменения в том же направлении и усиливается с течением времени (сноска 22). Длительное время в состоянии равновесия могут находиться лишь закрытые системы (сноска 23), не имеющие связей с внешней средой, тогда как для открытых систем равновесие может быть только мигом в процессе непрерывных изменений. Равновесные системы не способны к развитию и самоорганизации, поскольку подавляют отклонения от своего стационарного состояния, тогда как развитие и самоорганизация предполагают качественное его изменение. Особенно это относится к самоорганизации, так как если развитие полностью не исключено при подвижном равновесии, но, по крайней мере, сильно замедлено, то процесс самоорганизации даже и в этом случае невозможен до тех пор, пока система из него не выйдет, ибо он предполагает упорядочивание за счет кооперативного взаимодействия компонентов, а последние в условиях равновесия, в том числе и подвижного, являются инерционной силой, способной лишь на изменение количественных характеристик.
В закрытых системах постепенно возрастает энтропия (хаос, беспорядок), что следует из сформулированного для закрытых систем второго начала термодинамики, которым пользуются теории самоорганизации при описании закрытых систем. Рост энтропии вызывается диссипацией энергии (сноска 24) и может быть объяснен логически: поскольку в закрытых системах упорядоченность не увеличивается, то, не получая негэнтропийных воздействий из среды, они постепенно наращивают энтропию. Остановить наращивание энтропии может лишь налаживание каналов взаимодействия с внешней средой. Именно поэтому можно сказать, что абсолютно закрытых (как и абсолютно открытых) систем не существует. В не полностью закрытых системах сдерживание энтропии достигается внешними по отношению к системе упорядочивающими воздействиями со стороны среды. Например, в странах, пытающихся осуществить автаркию, в странах с тоталитарным режимом экономическая жизнь подвержена мощному государственному регулированию и контролю, т.е. управляется внешней по отношению к рынку системой.
Неравновесность, цикличность является всеобщей формой организации материи, возникающей под влиянием внешней среды (сноска 25). Неравновесность можно определить как состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, т.е. ее состава, структуры и поведения. Для поддержания неравновесности система нуждается в том, чтобы из среды в нее поступал поток отрицательной энтропии по величине, по крайней мере, равный внутреннему производству энтропии (сноска 26), а также, согласно принципу неравновесности, система должна постоянно осуществлять работу, чтобы сохранить условия своего существования (сноска 27). Именно это делает возможным для неравновесной системы повышение своей упорядоченности, организованности, отсутствующих у равновесных систем. Возможно, именно кооперативной "работе" компонентов неравновесные системы обязаны отмеченным в литературе по теории самоорганизации эффектом, заключающимся в том, что они проявляют чрезвычайную чувствительность к внешним воздействиям: слабый сигнал на входе может привести в значительному и нередко неожиданному изменению на выходах, что означает неприменимость к ним жестких причинно-следственных зависимостей, в которых следствие если не тождественно, то пропорционально причине (сноска 28). На этом эффекте основано действие резонансного возбуждения, представляющего собой особую чувствительность системы к воздействиям, согласующимся с ее внутренними свойствами (сноска 29). Вследствие этого малые, но согласованные с внутренним состоянием системы внешние воздействия на нее могут оказаться более эффективными, чем большие (сноска 30) (для этого может потребоваться соблюдение некоторых условий, например, чтобы значения параметров системы не выходили за пределы какой-либо области), а появление нового признака или нового элемента у одного компонента системы приводит к появлению их и у других компонентов (сноска 31).
Системы и их компоненты подвержены флуктуациям (колебаниям, изменениям, возмущениям), которые в равновесных, закрытых системах гасятся сами по себе. В открытых системах под воздействием внешней среды внутренние флуктуации могут нарастать до такого предела, когда система не в силах их погасить. Фактически внутренние флуктуации рассматриваются в концепциях самоорганизации как безвредные, и только внешние воздействия оказывают более или менее значимое влияние (сноска 32). В последнее время в это положение вносятся существенные коррективы, касающиеся, в частности, "естественного отбора" флуктуаций: чтобы процессы самоорганизации имели место, необходимо, чтобы одни флуктуации получали подпитку извне и тем самым обладали преимуществом над другими флуктуациями (сноска 33). Тем не менее и в этом случае недооценивается роль в движении системы флуктуаций внутреннего происхождения. Лишь теория катастроф указывает на то, что скачок может быть следствием одних лишь внутренних флуктуаций (сноска 34). Если в материалистической диалектике недооценивалась роль среды, то в концепциях самоорганизации - роль самой системы (и ее подсистем) в ее развитии.
В последнее время концепции самоорганизации стали отводить внутренним флуктуациям большую роль, чем прежде. Об этом свидетельствует приводимая ниже типология флуктуаций (сноска 35), согласно которой различаются свободные колебания, вынужденные и автоколебания. К свободным относят колебательные движения, постепенно затухающие в реальной системе (как затухают колебания свободно подвешенного маятника), достигающей, таким образом, состояния равновесия. Вынужденные флуктуации возникают при воздействии на систему совершающей колебания внешней силы (к примеру, человека, подталкивающего маятник), в результате которого система раньше или позже будет флуктуировать с частотой и амплитудой, навязываемыми внешним влиянием. Автоколебания - это незатухающие, самоподдерживающиеся колебания, происходящие в диссипативных (макроскопических открытых, далеких от равновесия (сноска 36)) системах, т.е. системах, определяющихся параметрами, свойствами и природой самой системы. Вынужденные колебания и автоколебания характерны для открытых систем, а свободные - для закрытых, стремящихся к равновесию.
Влияние на систему как внешних, так и внутренних флуктуаций различных видов (включая резонансные с системой) основано на действии двух эффектов: петли положительной обратной связи и кумулятивного эффекта.
Петля положительной обратной связи делает возможным в далеких от равновесия состояниях усиление очень слабых возмущений до гигантских, разрушающих сложившуюся структуру системы, волн, приводящих систему к революционному изменению - резкому качественному скачку. Такой подход может помочь глубже разобраться в природе многих социально-экономических процессов, включая экономическое развитие, экономические циклы, НТР и т.д.
Кумулятивный эффект заключается в том, что незначительная причина вызывает цепь следствий, каждое из которых все более существенно (сноска 37). Нередко он непосредственно связан с петлей положительной обратной связи.
Флуктуации, воздействующие на систему, в зависимости от своей силы могут иметь совершенно разные для нее последствия. Если флуктуации открытой системы недостаточно сильны (особенно это касается флуктуаций управляющего параметра или подсистемы), система ответит на них возникновением сильных тенденций возврата к старому состоянию, структуре или поведению, что раскрывает глубинную причину неудач многих экономических реформ (сноска 38). Если флуктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в формировании новой диссипативной структуры (см. ниже) и изменении состояния, поведения и/или состава системы.
Любая из описанных возможностей может реализоваться в так называемой точке бифуркации, вызываемой флуктуациями, в которой система испытывает неустойчивость. Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы (сноска 39), в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Термином "катастрофа" в концепциях самоорганизации называют качественные, скачкообразные, внезапные ("гладкие") изменения, скачки в развитии (сноска 40).
Поведение всех самоорганизующихся систем в точках бифуркации имеет общие закономерности, многие из которых уже раскрыты концепциями самоорганизации. Рассмотрим наиболее важные из них.
1. Точки бифуркации часто провоцируются изменением управляющего параметра (сноска 41) или управляющей подсистемы, влекущей систему в новое состояние.
2. Потенциальных траекторий развития системы много и точно предсказать, в какое состояние перейдет система после прохождения точки бифуркации, невозможно, что связано с тем, что влияние среды носит случайный характер (это не исключает детерминизма между точками бифуркации) (сноска 42). Такое объяснение вряд ли можно признать достаточным: хотя случайность и оказывает влияние на поведение системы в точке бифуркации, есть и другие факторы и эффекты, которые признаны синергетикой и системными исследованиями всеобщими, но в контексте данной проблемы они не учитываются. Речь идет прежде всего о резонансном возбуждении, обратных связях и кумулятивном эффекте. В соответствии с первым система, подталкиваемая флуктуациями, должна выбрать ту ветвь развития, которая согласуется с ее внутренними свойствами и прошлым (концепции самоорганизации нередко недооценивают резонансное возбуждение как фактор развития). Петля положительной обратной связи (сноска 43) обусловлена наличием в процессоре системы "катализаторов", т.е. компонентов, само присутствие которых стимулирует определенные процессы в системе, она связывает выбор пути с предыдущим состоянием. Катализаторы и предыдущие состояния системы также притягивают ее к определенной ветви или ветвям развития, как магнит - железо. Отрицательные обратные связи, наоборот, отталкивают соответствующие ветви. Кумулятивный эффект способствует накоплению определенных свойств системы и/или под воздействием внешних флуктуаций "запускает" в системе усиливающийся процесс. Все это дает возможность предсказывать вероятность выбора системой той или иной ветви, поскольку и случайные флуктуации подвержены действию этих эффектов.
Н.Д. Кондратьев полагал, что случайность вообще не может быть поставлена рядом с категорией причинности. Во всяком случае, это касается регулярности событий. Случайными могут быть только некоторые иррегулярные события. Категорию случайности следует отнести скорее к особенностям мышления, чем считать категорией бытия. Поэтому случайными Н.Д. Кондратьев называл такие иррегулярные события, причины которых при данном состоянии научного знания и его средств не могут быть определены (сноска 44). Даже если мы не знаем времени наступления события (сноска 45), это не означает, что его появлению не предшествовала цепь породивших его причин.
3. Выбор ветви может быть также связан с жизненностью и устойчивым типом поведения системы (сноска 46). Согласно принципу устойчивости среди возможных форм развития реализуются лишь устойчивые; неустойчивые если и возникают, то быстро разрушаются (сноска 47).
4.Повышение размерности и сложности системы вызывает увеличение количества состояний, при которых может происходить скачок (катастрофа), и числа возможных путей развития (сноска 48), то есть чем более разнородны элементы системы и сложны ее связи, тем более она неустойчива, что отмечал еще А.А. Богданов. Впоследствии эта закономерность стала известна как "закон Легасова" - чем выше уровень системы, тем более она неустойчива, тем больше расходов требуется на ее поддержание (сноска 49).
5. Чем более неравновесна система, тем из большего числа возможных путей развития она может выбирать в точке бифуркации (сноска 50).
6. Два близких состояния могут породить совершенно различные траектории развития (сноска 51).
7. Одни и те же ветви или типы ветвей могут реализовываться неоднократно. Например, в мире социальных систем есть общества, многократно выбиравшие тоталитарные сценарии.
8. Временная граница катастрофы определяется "принципом максимального промедления" (сноска 52): система делает скачок только тогда, когда у нее нет иного выбора.
9. В результате ветвления (бифуркации) возникают предельные циклы - периодические траектории в фазовом пространстве, число которых тем больше, чем более структурно неустойчива система.
10. Катастрофа изменяет организованность системы, причем не всегда в сторону ее увеличения.
Таким образом, в процессе движения от одной точки бифуркации к другой происходит развитие системы. В каждой точке бифуркации система выбирает путь развития, траекторию своего движения.
Множества, характеризующие значения параметров системы на альтернативных траекториях, называются аттракторами. В точке бифуркации происходит катастрофа - переход системы от области притяжения одного аттрактора к другому. В качестве аттрактора может выступать и состояние равновесия, и предельный цикл, и странный аттрактор (хаос) (сноска 53). Систему притягивает один из аттракторов, и она в точке бифуркации может стать хаотической и разрушиться, перейти в состояние равновесия или выбрать путь формирования новой упорядоченности.