4940-1 (Преджизнь. Открытость. Нелинейность. Аттракторы), страница 2

В поисках связующих звеньев между живым и неживым Пригожин опирается на данные молекулярной биологии, находящейся как бы посередине реки, разделяющей два берега. Он высоко оценивает модель предбиологической эволюции, разработанную немецким ученым Манфредом Эйгеном. Согласно исследованиям Эйгена, системы полимерных молекул — молекул, которые, взятые сами по себе, лишены в традиционном представлении и “капли” жизни, — способны поддерживать собственное существование через цикл самовоспроизводства и противодействия возмущающим влияниям извне. Механизм их самосохранения и адаптации к окружающей среде является прообразом механизма воспроизводства живых организмов через цепи ДНК.

Пригожин говорит о спонтанных островках самоорганизации при переходе к живому: “По-видимому, разумно предположить, что некоторые из первых стадий эволюции к жизни были связаны с возникновением механизмов, способных поглощать и трансформировать химическую энергию, как бы выталкивая систему в сильно неравновесные условия. На этой стадии жизнь, или „преджизнь” , была редким событием и дарвиновский отбор не играл такой существенной роли, как на более поздних стадиях” [5]. Взгляд на природу как на единое целое, где деление на живое и неживое не является абсолютным, но связано с ограниченностью нашего понимания вещей, можно проследить далеко вглубь истории человеческой мысли. Более характерен он для восточной философии, но имел влияние и на Западе. В числе приверженцев такого взгляда и, в сущности, отдаленных предшественников синергетического мировоззрения стоит упомянуть Шеллинга, который строил свою философию исходя из представления о природе как о едином живом организме. “Неорганическая и органическая природа связаны одним и тем же началом” [6], — писал он, усматривая такое начало в феноменах “организации” и спонтанного творческого акта. Что же нового вносит тогда синергетика? Ее новшество и ее шаг вперед по отношению к предшествующим представлениям о единых началах живого и неживого заключаются в междисциплинарном научном и обобщенно- теоретическом изучении тех закономерностей, которые составляют универсальную основу процессов самоорганизации и эволюции сложного, и в постоянном подкреплении своих теоретических представлений многочисленными опытными данными базовых научных дисциплин.

В античные времена наука, искусство и философия находились в неразрывном единстве и гармонии, а в самой науке дисциплинарные деления были едва намечены. Но в Новое время наука распалась на автаркические владения, каждое из которых вырезало из тела природы собственный фрагмент, скрупулезно разбирало его по клеточкам и пыталось понять принцип его деятельности исходя только из него самого. Неудивительно, что в последующую эпоху, особенно со второй половины ХХ века, усилилось встречное стремление: понять мир в его целостности, усмотреть в искусственно рассеченных сферах нечто существенно общее и как к естественному итогу прийти к объединению наук, созданию единой науки о единой природе. Объединение наук при этом, конечно, понималось не как непродуктивное механическое слияние, а как вычленение в них некоторого общего содержательного ядра и стыковка наук в качестве лишь условно поделенных участков единого исследовательского поля.

Синергетика в наиболее последовательной форме отвечает на этот вызов времени. Она говорит о возможных способах объединения естественных и ряда гуманитарных наук — с сохранением, разумеется, их собственной идентичности и предметной специфики, а также о перспективах кросс-дисциплинарной коммуникации, творческого диалога специалистов в различных областях. Объединение возможно вокруг изучения основополагающего феномена — феномена самоорганизации. Вероятно, объединение наук осуществимо не во всей их целостности, а лишь в определенном аспекте — изучении сложных образований (систем) на различных уровнях реальности, механизмов их эволюции и самоорганизации.

Оппозиция “живое — неживое” мыслится при этом как главный, но не единственный камень преткновения из числа тех, что лежит на пути объединения. Столь же важной представляется задача объединить в едином исследовательском фокусе микро- и макромиры, мир индивидуальной психологии и поведения и мир массовых общественных процессов, наконец, мир науки с тем, что можно назвать жизненным миром человека, миром человеческой экзистенции. Синергетика призвана не только вернуть науке целостного человека, но и науку вернуть человеку, поставить ее лицом к его реальным проблемам и заботам. К сущности синергетики относится универсальный характер раскрываемых ею закономерностей, а значит, по необходимости междисциплинарный характер проводимых в ее рамках исследований. На первое место она ставит общность процессов эволюции и самоорганизации, имеющих место в физических, химических, биологических, социальных и иных системах. Указание же на специфику, несхожесть этих систем рассматривается скорее в качестве уточняющей, корректирующей поправки, выносится за скобки. При этом задача синергетики — не просто уловить внешние аналогии, а установить внутренние изоморфизмы поведения таких систем. Синергетика равным образом предполагает как восхождение от конкретных экспериментальных данных к теоретическим и междисциплинарным обобщениям, так и обратный процесс — прикладное использование теоретических представлений и разработанных моделей в различных дисциплинах и сферах практической деятельности.

Соответственно в синергетике можно выделить два направления — синергетику теоретическую и прикладную, хотя такое членение весьма условно. Ученые, работающие над какими-либо конкретными задачами в своей области, часто предлагают синергетическому сообществу свежие идеи и гипотезы общего порядка, родившиеся в ходе решения таких задач.

А предложенные идеи и гипотезы часто дают неожиданный импульс для исследований в совершенно иной дисциплинарной области, в результате чего в научном сообществе происходит постоянный конструктивный обмен идеями.

Сила и эффективность синергетики — в постоянной взаимной подпитке дисциплин, в том, что, выражаясь компьютерным языком, специалист в одной области знаний имеет возможность находиться в режиме прямой связи с базами данных других специальных наук.

В этом заключается существенное преимущество синергетики перед двумя ее предшественниками, с которыми ее часто сравнивают, — кибернетикой, детищем 50-х годов, и так называемым системным подходом (созданием общей теории систем) , получившим развитие в 60-х годах. И кибернетика, и системный подход функционировали следующим образом: они вытягивали, абстрагировали нечто общее из различных конкретных дисциплин и затем работали преимущественно с этой абстрагированной эссенцией. Задающими категориальными схемами были в кибернетике “вход — выход” и “сигнал — отклик” , а в системном подходе “элемент — система” , “обратная связь — гомеостазис” . Ученые получали тюбик такой эссенции и добавляли ее в котел своей дисциплины, считая, что тем самым применяют кибернетические идеи или реализуют системный подход. Не было прямой стыковки, непосредственного взаимодействия дисциплин, давших материал для получения абстрагированной вытяжки — того, что как раз является животворным для синергетического сообщества.

Здесь физик охотно читает книгу нейрофизиолога о странных аттракторах в деятельности мозга, метеоролог находит много интересного в работах по гидродинамике и даже галактической астрономии (что неудивительно, поскольку и тут и там речь идет о вихревых формообразованиях и тонкой структуре хаоса в турбулентных течениях) , психиатр черпает ценные подсказки по лечению своих пациентов, изучая сценарии эволюции детерминированного хаоса, и все они прекрасно общаются на универсальном языке “аттракторов” , “флуктуаций” и “бифуркаций” .

Одной из связующих точек в создании международного синергетического сообщества стал Институт теоретической физики и синергетики при Университете Штутгарта, основанный и долгие годы бессменно возглавлявшийся Германом Хакеном. В 1997 году Хакен отметил свой семидесятилетний юбилей и ушел с должности директора, возглавив Центр синергетики в этом институте. Объединение ученых вокруг института способствовало налаживанию регулярных личных контактов и широкому распространению идей синергетики в научном мире.

Наглядным воплощением авторитета и высокой продуктивности синергетики стала серия индивидуальных и коллективных монографий под общим названием “Синергетика” , выпускаемая ведущим немецким научным издательством “Springer” в тесном сотрудничестве с Институтом Хакена. С середины 70-х годов вышло уже более 70 томов. Перечисление специальных научных областей, представители которых печатались в серии, вышло бы, наверное, за пределы двух десятков.

Вместе с тем и тридцать лет спустя “синергетики” так и не стали называть себя “синергетиками” . Физик скромно скажет: “Я использую синергетические модели” , как скажет и увлеченный синергетикой химик, биолог или географ-урбанист.

Трудно найти подходящее место для синергетики в научной табели о рангах. Что это: теория? парадигма? дисциплина? наука? Все эти слова кажутся не очень подходящими. Правильно было бы назвать синергетику научным направлением, а еще точнее — научным движением, по аналогии с движением политическим. Здесь нет ни строгого членства, ни четкой организационной иерархии, ни институционального отнесения к одной из научных рубрик, созданных для удобства университетского преподавания и продвижения по диссертационным ступеням. Есть деятельное устремление ученых-единомышленников, состоящее в том, чтобы познать — каждому с данного ему в силу его научной специализации угла зрения — один из удивительных феноменов бытия: феномен самоорганизации.

Открытость. Нелинейность. Аттракторы

Итак, мы имеем систему, открытую для протока энергии или иного достаточно интенсивного воздействия извне. Система понимается как сложная, то есть содержащая очень большое, иногда с трудом исчислимое множество элементов — атомов в кристалле лазера, молекул в химическом растворе, людей в обществе, нейронов в мозге, находящихся в сложном взаимодействии друг с другом, — и поэтому процессы в системе строятся как массовые кооперативные процессы.

Вместе с тем сложность или простота системы — понятия относительные. Прибегать к ним как к определяющим показателям кажется нам не очень продуктивным. Синергетика способна рассматривать всякую систему одновременно и на макроуровне — как целостность, описываемую достаточно просто немногими параметрами порядка, и на микроуровне — как сложное взаимодействие множества элементов. Например, пламя, будучи видимым выражением структуры горения, может изображаться и как самостоятельное образование, как собственно пламя, с его формой, цветом, температурой, иными объективными показателями, и как сочетание, взаимодействие множества не до конца сгоревших частиц, которые и образуют видимый язычок. Наконец, пламя может быть разобрано и на более мелкие составляющие и представлено в виде турбулентного потока разогретых, быстродвижущихся молекул.

На разных уровнях можно описать и какое-либо психологическое явление, скажем, пережитое человеком глубокое потрясение. На одном уровне, описываемом собственно психологической наукой, оно будет выглядеть как перегруппировка, переконстелляция элементов духовного мира человека — небольшого множества описываемых в психологических и моральных терминах показателей (“У меня заново открылись глаза” , “Я стал другим человеком” ) . Но тот же личностный сдвиг может быть представлен на уровне перестройки нейронных сетей, обеспечивающих течение психологических процессов. А тут мы снова, как и в случае с пламенем, имеем дело уже с практически необозримым множеством.

То же самое может быть сказано и о соотношении понятий “хаос” и “порядок” , которым в синергетике иногда неправомерно придается сущностный, самодостаточный смысл. Нет абсолютного хаоса и абсолютного порядка. Корректнее было бы говорить, что возрастает мера упорядоченности (или хаотичности) по какому-либо показателю за счет или в противоположность снижению меры упорядоченности (или хаотичности) по иному показателю.

Сам хаос имеет тонкую, иногда невидимую для внешнего наблюдателя структуру, например, в турбулентном течении. А порядок — это организованный хаос.

Открытость — необходимое, но не достаточное условие для самоорганизации системы. Система должна быть еще и нелинейной.

С математической точки зрения нелинейность означает особый тип математических уравнений, описывающих не плавный, а существенно неравномерный рост функции и имеющих несколько качественно различных решений. Отсюда ясен и физический смысл нелинейности: определенному набору решений нелинейного уравнения соответствует множество путей эволюции системы, описываемой этим уравнением, а переход в то или иное относительно устойчивое состояние системы или русло эволюции происходит скачкообразно, соответственно особым точкам графической кривой.

Для тех, кто любит образные разъяснения, можно предложить такое: вы берете свисток или дудку и начинаете туда дуть, сначала слабо, потом все сильнее и сильнее (открытость системы и проток энергии) . В какой-то момент при усилении потока воздуха неясное шипение вдруг скачком (нелинейность) переходит в свист — который, в сущности, представляет собой резонансную звуковую волну единого тона, то есть упорядоченную волновую структуру. Но если вы переусердствуете и станете дуть изо всей имеющейся у вас мочи, то радующий душу чистый звук перейдет в прерывистый хрип со слюнями на выходе (незнание синергетики) . Вернемся к сравнению синергетики с кибернетикой. Кибернетика и различные варианты теории систем исследовали главным образом процессы гомеостаза, поддержания равновесия в технических, биологических и социальных системах. Кибернетика пыталась свести сложные нелинейные эволюционные процессы к линейным, по крайней мере, на определенных стадиях, где это возможно. Она рассматривала только те случаи, когда нелинейная система могла исследоваться, как если бы это была линейная система с медленно изменяющимися параметрами. Кибернетика разрабатывала алгоритмы и методы внешнего контроля над системами. Синергетика же изучает процессы самоорганизации систем, их своего рода самоконтролирование, основу для чего создают нелинейные свойства систем.

Итак, если нелинейная система открыта и ее внутренние флуктуации или внешние воздействия превысят некое пороговое значение, то она может скачком перейти в новое макроскопическое состояние. Но что это за состояние? И какие состояния вообще возможны?

Мы подходим здесь к одному из центральных тезисов синергетики. Это — дискретность возможных состояний, в которые может переходить система в процессе эволюции, а также заданность, ограниченность их числа. Иначе говоря, спектр возможных структур-аттракторов эволюции, то есть структур, на которые выходят эволюционные процессы в этой системе, не является сплошным. В процессе эволюции система может перейти или в то, или в это состояние, но не во что-то среднее между ними. Только определенный набор эволюционных путей разрешен, ибо только этот набор соответствует внутренним свойствам рассматриваемой системы. В принципе, по крайней мере, в задачах математической физики, которые связаны, например, с выявлением относительно устойчивых структур самоорганизации плазмы, этот набор математически вычисляем.

Проиллюстрировать представление о дискретности и ограниченности набора потенциальных состояний можно многими примерами. В физической и химической областях мы сталкиваемся с основополагающими феноменами — дискретностью энергетических уровней в атоме, соответствующих заданным орбитам электронов, и качественной определенностью химических элементов, представляющих собой набор возможных в природе типов атомов.

Дискретность проявляется и в движениях живых существ. Давным-давно человек заметил, что лошадям свойственны определенные аллюры: шаг, рысь, иноходь, галоп. В каждом аллюре движение членов лошади согласовано строго определенным образом, причем переход от одного типа движения к другому совершается скачком. Бесчисленные лошадиные поколения на Земле воспроизводят один и тот же набор аллюров. Можно наблюдать характерные положения хобота слона, хвоста кошки и собаки, соответствующие вполне определенным эмоциональным состояниям или реакциям животных. Они не меняются от особи к особи и не имеют промежуточных, полувыраженных ступеней.