4950-1 (Синергетическая парадигма современной экономической теории), страница 2

Но когда амплитуда сигнала становится достаточно большой, начинается совершенно новый процесс. Атомы начинают когерентно осциллировать, и само поле становится когерентным, то есть оно не состоит более из отдельных некоррелированных цугов волн, а превращается в одну практически бесконечно длинную синусоиду.

Перед нами типичный пример самоорганизации: временная структура когерентной волны возникает без вмешательства извне. На смену хаосу приходит порядок. Подробная математическая теория показывает, что возникающая когерентная световая волна служит своего рода параметром порядка, вынуждающим атомы осциллировать когерентно, или, иначе говоря, подчиняет себе атомы" [6].

В приведенном отрывке прежде всего обращает на себя внимание понятие - самоорганизация. Именно оно является ключевым для понимания сущности синергетики. Синергетику и определяют как науку о самоорганизации или, более развернуто, о самопроизвольном возникновении и самоподдержании упорядоченных временных и пространственных структур в открытых нелинейных системах различной природы [7].

В описании процесса образования когерентной световой волны Хакен использует целый ряд других основополагающих понятий синергетики. "Накачка энергии" означает, что рассматриваемая система является открытой, то есть, имеет интенсивный приток энергии извне, а также оттоки энергии. Возникающая временная или пространственная структура формируется в активной среде и представляет собой выявление одного из потенциально присущих ей дискретных состояний. Система реагирует нелинейно, то есть переход от неорганизованного поведения атомов к слиянию их излучения в когерентную световую волну происходит не плавным путем, в линейной пропорции к увеличению энергии, а скачкообразно - в момент, когда приток энергии превысит определенный барьер. Разрозненное и неупорядоченное поведение отдельных атомов соответствует хаотическому состоянию системы, макроскопическому хаосу, из которого путем фазового перехода рождается порядок. Для всякой системы можно определить параметры порядка, позволяющие описать ее сложное поведение достаточно простым образом, а также выбрать определенные контролирующие параметры, при изменении которых существенно меняется макроскопическое поведение системы. Параметры порядка подчиняют поведение отдельных элементов системы - в этом выражается введенный Хакеном принцип подчинения.

Как видим, известное нам второе начало термодинамики, говорящее о росте беспорядка (энтропии) в замкнутых системах, теряет свою силу для открытых нелинейных систем, изучаемых синергетикой. Локализованные, быстро развивающиеся структуры существуют за счет возрастающей хаотизации среды, на основе производства в ней энтропии. Структуры горения как бы интенсивно "выжигают" среду вокруг себя. И организация (порядок), и дезорганизация (энтропия) увеличиваются одновременно. Но на пике обострения процесса разогрева и "подбирания" границ тепла структура становится чрезвычайно шаткой, чувствительной к малейшим флуктуациям, случайным изменениям хода процесса. Они способны инициировать распад сложной структуры или же вывести на иной, противоположный режим - режим спада температуры и расползания тепла.

Важные результаты, касающиеся спонтанного возникновения упорядоченных структур, были получены к началу 70-х годов и в химии. Они связаны в первую очередь с исследованиями, проводимыми в Свободном университете Брюсселя под руководством Ильи Пригожина - бельгийского ученого, получившего в 1977 году за свои работы в области неравновесной термодинамики Нобелевскую премию. "В различных экспериментальных условиях, - пишут Илья Пригожин и его соавтор Изабелла Стенгерс, - у одной и той же системы могут наблюдаться различные формы самоорганизации - химические часы, устойчивая пространственная дифференциация или образование волн химической активности на макроскопических расстояниях" [8].

Химические часы - пожалуй, самый яркий феномен самоорганизации химических процессов, открытый в начале 50-х годов российскими учеными Б.П.Белоусовьм и А.М.Жаботинским. Структура, которая здесь образуется, представляет собой не пространственную, а временную структуру - колебание с регулярной периодичностью. Для теоретического описания реакции Белоусова-Жаботинского Пригожин со своими сотрудниками разработал специальную модель, названную брюсселятором. Она выглядит так. Имеются вещества, вступающие между собой в химическую реакцию. Концентрацию только одного из них - "управляющего" вещества - плавно увеличивают. Как только концентрация переходит критический порог (при прочих равных параметрах), прежнее стационарное состояние химической системы становится неустойчивым и концентрации двух других реагирующих веществ начинают колебаться с отчетливо выраженной периодичностью. Колебания происходят вокруг некоторого нестабильного фокуса и выходят на предельный цикл, то есть устанавливается устойчивое периодическое движение.

В теории самоорганизации проводится четкое различие между стационарными, "застывшими" структурами, такими, как решетки кристаллов, и относительно устойчивыми структурами, вызываемыми к жизни из первоначально хаотического состояния путем интенсивного изменения по некоторому ведущему параметру - будь то накачкой энергии в физическом эффекте лазерного излучения, увеличением концентрации вещества в описанном выше химическом эффекте или, с самой общей точки зрения, притоком информации в среду, что также охватывается синергетическими моделями. Первый тип структур - это, можно сказать, "тупики эволюции". Для равновесных стационарных структур малое возмущение "сваливается" на ту же самую структуру. Второй тип - это структуры, способные самопроизвольно возникать и развиваться в активных, рассеивающих (диссипативных) средах в состояниях, далеких от термодинамического равновесия. Для обозначения такого типа структур Пригожин предложил использовать понятие диссипативной структуры.

Исследования явлений самоорганизации в химических процессах привели Пригожина к созданию собственной обобщенной теории самоорганизации, далеко выходящей за пределы химии. Он называет ее по-разному: нелинейной неравновесной термодинамикой, наукой о сложном, теорией перехода от хаоса к порядку, но чаще всего теорией диссипативных структур. Пригожин предпочитает не пользоваться термином "синергетика", хотя по своему внутреннему содержанию его исследования, бесспорно, относятся к синергетической теории эволюции и самоорганизации сложных систем.

Таким образом, во второй половины XX века получили усиленное развития научные направления, пытающие понять мир в его целостности, усмотреть в искусственно рассеченных сферах нечто существенно общее. Синергетика в наиболее последовательной форме отвечает на этот вызов времени.

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 [9].

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.

Категориальный аппарат синергетики

Категориальный аппарат синергетики для экономистов на первый взгляд кажется слишком переполненным естественно-научной терминологией. Но это, думается, есть рецидив одной из тех "дремучих догм", которые требовали только специфических понятий и категорий в познании экономической действительности. Сегодня экономическая наука не может замыкаться сама на себя. Требуется интегративная методология, позволяющая проникать в более глубокую сущность экономических явлений и процессов.

Синергетика возникла в ответ на кризис исчерпавшего себя стереотипного, линейного мышления, основными чертами которого являются: 1) представление о хаосе как исключительно деструктивном начале мира; 2) рассмотрение случайности как второстепенного, побочного фактора; 3) взгляд на неравновесность и неустойчивость как на вещи, которые должны быть преодолены, т.к. играют разрушительную роль; 4) процессы, проистекающие в мире, являются обратимыми во времени и предсказуемыми на неограниченно большие промежутки времени; 5) мир связан жесткими причинно-следственными связями; 6) причинные цепи носят линейный характер. Преодоление этого стереотипа потребовало создание от синергетики разветвленного категориального аппарата.

Открытость

Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, называют диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного хаотического движения, в тепло. Если замкнутая система (гамильтонова система), выведенная из состояния равновесия, всегда стремится вновь придти к максимуму энтропии, то в открытой системе отток энтропии может уравновесить ее рост в самой системе и есть вероятность возникновения стационарного состояния. Если же отток энтропии превысит ее внутренний рост, то возникают и разрастаются до макроскопического уровня крупномасштабные флюктуации, а при определенных условиях в системе начинают происходить самоорганизационные процессы, создание упорядоченных структур.

Чтобы система была самоорганизующейся и, следовательно, имела возможность прогрессивно развиваться, она должна удовлетворять следующим требованиям: во-первых, система должна быть открытой, т.е. обмениваться со средой веществом, энергией или информацией; во-вторых, процессы, происходящие в ней, должны быть кооперативными (корпоративными), т.е. действия ее компонентов должны быть согласованы друг с другом; в-третьих, система должна быть динамичной; в-четвертых, находиться вдали от состояния равновесия [10]. Все эти требования и характеризуют открытость системы, пребывающей в движении.

Понятие открытой системы нагляднее в сопоставлении с закрытой системой. Главным свойством последней является наличие равновесного состояния, при котором макроскопические параметры остаются неизменными и закрытая система сохраняет установившуюся структуру, функционирование, параметры входа и выхода. Состояние равновесия может быть устойчивым (стационарным) и подвижным. Длительное время в состоянии равновесия могут находиться лишь закрытые системы. Равновесные системы не способны к развитию и самоорганизации, поскольку подавляют отклонения от своего стационарного состояния, тогда как развитие и самоорганизация предполагают его качественные изменения.

В закрытых системах постепенно возрастает энтропия (хаос, беспорядок), что следует из второго начала термодинамики. Остановить наращивание энтропии может лишь процесс взаимодействия с внешней средой. Абсолютно закрытых (как и абсолютно открытых) систем не существует.

Для открытых систем характерна неравновесность и цикличность как всеобщие формы организации материи, возникающие под влиянием внешней среды. Для поддержания неравновесности система нуждается в том, чтобы из среды в нее поступал поток отрицательной энтропии по величине, равный внутреннему производству энтропии. 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 может быть определен как организованный хаос.

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

Нелинейность

Нелинейными называют такие системы любой природы, характеристики которых зависят от происходящих в них процессов. Термин "нелинейная система" означает, что на свойства системы влияет интенсивность процессов в ней.

В ходе научных экспериментов выяснилось, что в некоторых пространственных точках тепловых структур процессы идут так, как они шли во всем объеме системы в прошлом, а в некоторых - так, как им еще только предстоит протекать в будущем по всей структуре. В то же время все эти участки существуют в настоящем. И это не просто рассуждения, но вполне точный математический результат.

Дело в том, что в современной математике, как показал С.Курдюмов, интенсивно развивается аппарат, позволяющий ответить на вопросы: куда идут процессы, каковы внутренние тенденции развития процессов, когда пройдет достаточно много времени? Для некоторых классов нелинейных уравнений удалось установить, что развитая стадия процессов приводит к возникновению структур различных типов, описываемых так называемыми инвариантно-групповыми решениями. Эти решения играют роль аналогов второго начала для открытых нелинейных систем. В них пространство и время не свободны, а связаны инвариантами. Для определенных типов инвариантно-групповых решений показано, что процессы вблизи центра сегодня идут, как шли во всей структуре в прошлом, а на периферии структуры сейчас идут, как пойдут во всей структуре в будущем.

Мозг, психика, экономика, экология - все это сложнейшие, если их попытаться описать математически, открытые нелинейные системы, и управлять ими "командными", "административными" методами не удается, необходимо учитывать структурирование, происходящее в них по законам самих этих систем.

Сегодня экспериментально и на математических моделях обнаружено, что в природе - в химии, физике плазмы, в твердом теле, в астрофизике, в некоторых активных биологических средах (например, в процессах, идущих в сердечной ткани) - существуют многочисленные явления самоорганизации и возникновения структур в виде локализованных на определенных участках среды процессов или же процессов, имеющих определенную геометрическую форму и перемещающихся по среде.

Разумеется, это происходит не во всех средах и далеко не при всех условиях. Поэтому необходимо установить, какие именно среды способны к самоорганизации, какие структуры возникают на них, единственна ли создающаяся структура или возможен целый спектр их, как все это зависит от свойств среды, ее параметров. Одной из фундаментальных задач синергетики является поиск собственных функций нелинейной среды, то есть устойчивых способов организации процессов в ней, которые ей адекватны и к которым эволюционируют все другие состояния среды.