<<
>>

  2.1.6. Понятие сложных систем и физика  

Под системой понимают множество элементов, которые связаны между собой и образуют целостное единство. Понятие системы применяется в различных отраслях знания и обычно рассматривается как интуитивно понятное. В классической физике понятие системы не носило фундаментального характера. Базовыми являлись понятия отдельных объектов. В механических физических системах, которые представляли собой элементы (например, материальные точки) с заданными связями, подчиняющиеся определенным механическим законам, динамика элементов полностью определяла характер динамики всей системы.
С методологической точки зрения допустимо сказать, что механические системы можно последовательно свести (редуцировать) к элементам системы и их связям. Это составляет содержание принципа редукционизма. В физике он с успехом применялся и применяется для создания математических моделей физических систем.

Однако уже в классической теории возникали проблемы с разработкой соответствующего математического аппарата. Например, аналитически не удалось решить задачу гравитационного взаимодействия трех тел.

Увеличение количества индивидуальных объектов, казалось бы, должно приводить к росту сложности системы. Однако для идеальных газов, которые характеризуются огромным количеством частиц в единице объема, удалось найти довольно простые физические законы, базирующиеся на статистических закономерностях поведения молекул. Классическая термодинамика рассматривала в основном замкнутые системы. Для них был найден закон возрастания энтропии (или меры беспорядка), который утверждал, что все виды энергии изолированной системы со временем переходят в тепло, а все движения объекта в результате трения затухают.

Идея системности возникает при переходе науки к изучению новых классов систем. Среди них можно выделить квантовые системы и биосистемы. Попытка распространить физическую теорию на живые открытые системы привела Л. фон Берталанфи к формулировке «общей теории систем». Было теоретически осознано отличие организмов как открытых систем от традиционно рассматриваемых в физике закрытых систем. Теория систем позволила под новым углом зрения взглянуть на процессы функционирования живых систем, объяснить некоторые метаболические процессы в биосистемах, рассмотреть присущий живому гомеостаз. К сожалению, понятие системы в рамках «общей теории систем» имело описательный характер; собственный строго определенный понятийный аппарат «общей теории систем» отсутствовал.

Главное отличие объектов «общей теории систем» от обычных физических тел состоит в свойстве внутренней замкнутости, особой целостности, определяемое™ их свойств объектом как целым. Чисто механическое выделение элемента в таких объектах может привести к тому, что будет получен компонент с другими свойствами, отличными от тех, которыми он обладал в составе системы как целого.

Свойство нелокальности, делокализованности квантовых объектов приводит к взаимовлиянию, например, валентных электронов, входящих в состав атомов, образующих химические соединения. В ряде случаев происходит «коллективизация» электронов, которые принадлежат уже всей молекуле, всем составляющим ее атомам.

Методы квантовой механики позволили предложить модели целостности, «неделимости» многоатомных химических молекул. Это еще раз показало эффективность редукционизма в научных исследованиях и, по существу, означало сведение химии, по крайней мере в сфере квантовой химии, к физике.

Следующий большой этап в изучении сложных систем — это появление кибернетики (от греч.

kybernetike — искусство управления) — общей теории управления и связи. Развитие этого направления исследований тесно связано с именем Норберта Винера, который в 1948 г. опубликовал книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В своем труде Винер показывает подобие процессов управления и коммуникации в искусственно созданных машинах, в живых организмах и в живых сообществах. В кибернетике рассматриваются процессы передачи, хранения и переработки информации, под которой понимаются сведения, сигналы, сообщения, данные. Количество информации (количество выбора) трактуется Винером в качестве отрицательной энтропии и становится одной из фундаментальных характеристик мироздания наряду с количеством вещества и энергии. Это позволяло трактовать кибернетику как теорию организации, как теорию борьбы с хаосом, с возрастанием энтропии. Информация в контек- сте кибернетики не создается, а лишь принимается, передается, искажается и даже утрачивается.

Академик А.И. Берг охарактеризовал кибернетику как науку об управлении сложными динамическими системами[81]. Кибернетика позволила изучать математическими методами и создавать на практике системы с обратной связью. Такая система имела вход, выход и связь выхода со входом, называемую обратной связью. Когда сигнал с выхода использовался для уменьшения входного сигнала, такая система могла реали- зовывать функции «гомеостаза», демпфируя увеличения сигнала, и называлась системой с отрицательной обратной связью. Система с положительной обратной связью, примером которой является генератор, сигнал с выхода усиливает и подает на вход.

Появление кибернетики стало «катализатором» развития средств автоматизации и различных инженерных устройств. В настоящее время это раздел прикладных технических наук. Однако ее естественно-науч- ные основания оказались неглубокими, и она так и не стала фундаментальной наукой, как предсказывали многие исследователи, надеясь на то, что общая теория управления послужит методологическим «мостиком» для создания теоретической биологии.

Программа «На пути к теоретической биологии» была выдвинута в 60-гг. XX в. и связана с именами Г. Патти, Н. Рашевского, Р. Розена, К. Уоддингтона и др. Фон Нейман, создавший теорию самовоспроизводящихся автоматов, ввел понятие порога сложности, который он описал как уровень сложности,- ниже которого система самопроизвольно вырождается в более простую систему, а выше которого происходит эволюция в более сложную. Патти, принимая это определение, отметил фундаментальный факт, заключающийся в том, что живые системы содержат свои собственные описания, причем это справедливо как для молекулярно-генетического уровня, так и для более высоких уровней — для сообщества клеток, многоклеточных особей, нервных систем, мозга и даже для социальных и экологических систем[82]. Согласно Патти, описания систем носят не динамический, а лингвистический характер. Все искусственные системы имеют описания в мозгу конструктора и могут функционировать только при обеспечении своевременного ремонта и сервиса извне.

Эрвин Шрёдингер, положивший начало биофизике своей книгой «Что такое жизнь?», которая вышла в свет в середине XX в., считал, что для живых систем справедлив принцип «порядок из порядка». Однако в 70-е гг. XX столетия появляется понятие самоорганизации, а затем исследователи выдвигают тезис «порядок из хаоса».

Следует отметить, что явления самоорганизации в неживой природе известны довольно давно.

В качестве примеров можно привести: ячейки Бенара (1901) — появление структуры типа пчелиных сот в горизонтальном слое подогреваемой снизу жидкости; реакция Белоусова (1951) — Жаботинского (1959) — периодическая смена цвета смеси химических веществ, лазерное излучение (1960).

Общий теоретико-математический базис для объяснения этих явлений связан со становлением синергетики. Среди различных подходов к описанию процессов самоорганизации можно выделить российскую школу нелинейной динамики (С.П. Курдюмов); бельгийскую школу диссипативных процессов (И. Пригожин) и немецкую школу лазерной физики (Г. Хакен). Сам термин «синергетика» был предложен Хакеном и происходит от греч. synergetikos — совместный, согласованно действующий. Он называет «систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру»[83]. Хакен также предложил рассматривать синергетику как теорию возникновения новых качеств на макроскопическом уровне. Появление новых качеств системы в этом контексте можно представить как возникновение смысла или самозарождение смысла2.

Таким образом, самоорганизующиеся системы обладают возможностью генерации информации. Связано это с неравновесностью системы и обусловлено свойствами среды, в которой размещены элементы этой системы.

Изучение нелинейных уравнений в контексте синергетики привело к открытию особого класса фазовых траекторий — странных аттракторов, являющихся, по существу, математическими образами состояний механических систем, которым соответствовало сложное хаотическое движение, названное динамическим (или детерминированным) хаосом. Раньше хаос и точное описание системы считались несовместимыми, но после появления синергетики оказалось, что движение, внешне не отличимое от хаотического, можно тем не менее описать.

Кроме того, появилось понятие автоволн, которые, в отличие от классических волн, не подвержены диссипации, так как они являются порождением активных сред, т.е. сред, насыщенных энергией.

Создание И. Пригожиным термодинамики открытых неравновесных систем позволило по-новому подойти к целому классу традиционных вопросов прежде всего в физике и рассмотреть вопросы необратимости, времени, эволюции.

В физике Ньютона и в квантовой физике все уравнения инвариантны по времени, поэтому динамика допускает обратимость движения. Время с точки зрения физических динамических уравнений не означает становления. Идеальные физические объекты (например, маятник без трения) будут продолжать свои движения бесконечно. С другой стороны, в реальном мире происходят необратимые процессы, а биологические системы демонстрируют развитие и эволюцию. Идея эволюции появилась в XIX в. и связана с именем Ч. Дарвина, который показал, что, изучая сообщества особей (популяции), можно понять, как под давлением внешней среды происходит процесс индивидуальной изменчивости. Эта идея затем дала толчок развитию принципа глобального эволюционизма, представляющего собой экстраполяцию эволюционных идей на все сферы деятельности.

В то же время классическая термодинамика на основе принципа возрастания энтропии предсказывает диссипацию энергии, ее деградацию до уровня теплового движения и, если рассматривать Вселенную как замкнутую систему, тепловую смерть.

Попытку решить проблему внесения в физику идеи эволюции предпринял И. Пригожин. Он предложил ввести в физику понятие «стрелы времени», используя для этого представления о динамическом хаосе. Этот хаос возникает в системе частиц, движение которых описывается динамическими уравнениями, в которые время входит обратимо. Оказалось, что хаос может обладать различной структурой и разной степенью упорядоченности. Объект классической термодинамики — статистический хаос — является наименее упорядоченным. Пригожин неоднократно подчеркивал созидательное начало хаоса, возможность создания порядка, упорядоченных структур, информации из хаоса.

Согласно Пригожину, понятие хаоса может разрешить сразу три парадокса: необратимость времени, коллапс волновой функции, появление порядка из хаоса. Однако этот тезис поддерживается далеко не всеми исследователями. Развитие синергетики позволило рассмотреть мироздание через призму универсального эволюционизма. Становление мирового Универсума от Большого взрыва до нашего времени стали представлять в виде неравновесного процесса эволюции сложной системы среди спектра особых структур — аттракторов, выбор которых определяется точками бифуркации (ветвления).

Порядок и хаос в контексте синергетики не носят абсолютного характера. Одно понятие определяется через другое. Уместно говорить о мере порядка (упорядоченности системы) или беспорядка. Хаос в открытой неравновесной системе приводит к самоорганизации. Под дей- ствием внешних детерминированных сил в сложной неравновесной от- ; крытой системе возникает детерминированный хаос — состояние кри- \ зиса, предшествующее бифуркации.

В синергетике показано, что поведение сложной неравновесной среды определяется в огромной степени свойствами самой среды. При этом внешние детерминированные управляющие воздействия, направленные на достижение определенных целей, часто приводят к противоположному результату. В то же время, зная набор аттракторов системы и ее точки бифуркации, можно управлять такой системой с помощью точечных низкоэнергетических воздействий.

В конце XX в. синергетические идеи проникли в философию. Синер- гетическую терминологию стали применять в гуманитарных исследованиях. По существу, наблюдается «ренессанс» системных идей кибернетики, «обогащенный» новым математическим аппаратом анализа нелинейных систем. При этом если говорить о квантовой физике, то никаких новых экспериментально подтверждаемых идей предложено не было. Будет ли осуществляться дальнейшее развитие этого направления исследований или синергетика разделит судьбу кибернетики, став чисто прикладным методом, — покажет время.

<< | >>
Источник: В. В. Миронов. Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук : учебник для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук. — М. : Гардарики,2006. — 639 с.. 2006

Еще по теме   2.1.6. Понятие сложных систем и физика  :

  1. 39. Государственный орган: понятие , признаки, классификация.
  2. 1.2. Анализ метрологического обеспечения систем контроля и диагностирования сложных технических объектов.
  3. 3. ПОНЯТИЕ МЕХАНИЗМА ПРАВОВО-ГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
  4. ЭВРИСТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ ФИЛОСОФИИИА ФИЗИКУ: НЕОНАТУРФИЛОСОФСКИЙ ПОДХОД И ЕГО КРИТИКА
  5. 1.2.3. Понятие и сущность адаптации. Социально-психологическая адаптация.
  6.   2.1.6. Понятие сложных систем и физика  
  7. ФИЗИКА СТОИКОВ
  8. § 2.   Понятие  и  значение  механизма  осуществления   гражданских  прав  и  исполнения  обязанностей
  9. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИНЕРГЕТИКИ
  10. Содержание понятия гражданского общества