Синергетика характеристика

Синергетика і синергетики

Подібно до того, як кібернетиці Вінера передувала кібернетика Ампера, що мала вельми непряме відношення до «науки про управління, отримання, передачі та перетворенні інформації в кібернетичних системах» *, синергетика Хакена мала своїх «попередниць» по назві: синергетику Ч. Шеррингтона, синергію С. Улана та синергетичний підхід І. Забузький .* Словник з кібернетики. Київ: Гол. ред. Укр. Рад. Енциклопедії., 1979
Чарлз Скотт Шеррингтон (1857 - 1952), англійський фізіолог, розробив концепцію інтегративної діяльності нервової системи. Він називав синергетичним узгоджене вплив нервової системи (спинного мозку) при управлінні м'язовими рухами.
С. Улам був безпосереднім учасником одного з перших чисельних експериментів на ЕОМ першого покоління (ЕНІВАКе). Експеримент, проведений над числовим аналогом системи кубічних осциляторів (осцилятор, від лат. Oscillo - качаюся, - коливається система), привів до несподіваного результату, породивши знамениту проблему Фермі-Пасти-Улама: простеживши за еволюцією розподілу енергії за ступенями свободи впродовж досить великого числа циклів, автори не виявили ні найменшої тенденції до равнораспределенія. С. Улам, який багато працював з ЕОМ, зрозумів всю важливість і користь «синергії, тобто безперервного співпраці між машиною і її оператором », здійснюваного в сучасних машинах за рахунок виведення інформації на дисплей.

Рішення проблеми Фермі-Пасти-Улама було отримано на початку 60-х рр.. М. Крускалом і Н. Забузький, які довели, що система Фермі-Пасти-Улама представляє собою різницевий аналог рівняння Кортевега-де Вріз і що равнораспределенія енергії перешкоджає солітон (термін, запропонований М. Забузький), що переносить енергію з однієї групи мод в іншу.
Реалістично оцінюючи обмежені можливості як аналітичного, так і чисельного підходу до рішення нелінійних задач, І. Забузький прийшов до висновку про необхідність єдиного синтетичного підходу. За його словами, «синергетичний підхід до нелінійних математичним і фізичним завданням можна визначити як спільне використання звичайного аналізу та чисельної машинної математики для отримання рішень розумно поставлених питань математичного та фізичного змісту системи рівнянь» *.
Якщо врахувати складність систем і станів, що вивчаються синергетикою Хакена, то стає ясно, що синергетичний підхід Забузький (і як складова його частина - синергія Улама) займе гідне місце серед інших засобів і методів * Nonlinear partial differential equations. NY: Acad. divss, 1967. синергетики. Інакше кажучи, сподіватися тільки на аналітику було б надмірним оптимізмом.

Шляхи формування синергетики

Приблизно в 60-х рр.. XX століття наукові уявлення про процеси самоорганізації у відкритих нерівноважних системах формувалися розрізнено і незалежно в різних дисциплінах. Однак у 70-х рр.. вони стали предметом порівняння і в них виявилося багато спільного.
І. Пригожин через розробку термодинаміки сільнонеравновесних систем вийшов на свою теорію самоорганізації. Даному варіанту термодинаміки передувала розробка теорії стаціонарних, або стійких, нерівноважних систем. Стаціонарне нерівновагу досягається, коли зовнішній вплив виводить систему зі стану рівноваги, але так як цей вплив недостатньо велике, то нерівноважний стан системи утримується поблизу від стану рівноваги.
Такі стани виявилися для вчених цікавими з двох причин. По-перше, для подібних випадків з деякими поправками застосуємо теоретичний апарат термостатікі. У відкритих системах відбувається зростання ентропії. І. Пригожин довів, що в них проводиться мінімальна ентропія. По-друге, для феноменологічного пояснення стійкості нерівноважних станів може використовуватися принцип Ле Шательє-Брауна, який означає, що система, виведена зовнішнім впливом зі стану з мінімальним виробництвом ентропії, стимулює розвиток процесів, спрямованих на послаблення зовнішнього впливу. Інакше кажучи, системи, що знаходяться в стаціонарному нерівноважному стані, мають від природи властивістю стійкості.

Загальна теорія стійкості вперше була досліджена і розроблена російським математиком А.М. Ляпуновим (1857-1918). Суть даної теорії полягає в тому, що стійкі стану не втрачають своєї стійкості при флуктуації фізичних параметрів. За рахунок внутрішніх взаємодій система здатна погасити виникають флуктуації. А нестійкі системи, навпаки, при виникненні флуктуацій здатні посилювати їх, і в результаті наростання амплітуди збурень система з прискоренням переходить із стаціонарного нерівноваги в нестійкий нерівноважний стан, який веде до хаосу.

У 50-60-х рр.. XX століття логіка наукового розвитку зажадала перейти від розгляду слабонеравновесних до вивчення сільнонеравновесних систем. Тут і зав'язка проблеми.
Це означає, що для сільнонеравновесних станів знадобилося знову розробляти теорію. Після того, як І. Пригожин виконав цю роботу, виявилося, що дана теорія є нова концепція самоорганізації хімічних і фізичних систем.

На початку 70-х рр.. особливу увагу І. Пригожина привернула хімічна реакція, названа реакцією Бєлоусова-Жаботинського. Зіставивши хід даної реакції з теорією Тьюрінга, Пригожин разом з групою бельгійських вчених переформулював теорему Тьюринга і висунув свою теоретичну модель самоорганізації.

Джерело самоорганізації Пригожин побачив у флуктуаціях, які до певного часу гасяться силами внутрішньої інерції. Потім випадкові мікрофлуктуацій переростають в стан хаосу. Після того, як у систему з хаотичним станом надходить із середовища досить велика кількість свіжої енергії, то з хаосу народжуються великомасштабні флуктуації макроскопічного рівня. Так, за Пригожиним, з хаосу народжуються макроскопічні стану, так він пояснює самоорганізацію хімічних і фізичних систем. Аналіз проміжних продуктів хімічних реакцій показав подібність цих процесів з автоколиваннями систем різної природи. Сам термін «автоволни» був введений академіком Р.В. Хохловим (1926-1977). Теорія автоколивальних процесів розроблялася школою академіка Л.І. Мандельштама (1873-1944), школою академіка А.А. Андронова (1901-1952) та ін
Типовий приклад автоволни - нервовий імпульс, який біжить без загасання по нервовому волокну діаметром менше 0,025 мм і довжиною до 1,5 м .

Дослідження показують, що обробка інформації в корі головного мозку здійснюється не в формі активності окремих нейронів (як в ЕОМ), а на рівні взаємодій між автоволнамі збудження і гальмування, які охоплюють великі ділянки головного мозку.
Німецький фізик Г. Хакен прийшов до концепції самоорганізації через розробку проблем квантової електроніки, точніше - від вивчення механізмів утворення лазерного променя. Він відзначав особливу роль колективної поведінки підсистем, і для позначення процесів самоорганізації ввів поняття «синергетика». На думку Хакена, самоорганізація - це «спонтанне утворення високоупорядоченних структур із зародків або навіть із хаосу».
За Г. Хакен, характерними рисами процесів самоорганізації є: кооперативность дії елементів і підсистем, що утворюють систему; нелінійність процесу, що виражається рівняннями другого або третього ступеня; неравновесность стану, підтримувана за рахунок енергії середовища; пороговий характер процесів самоорганізації.
Ще одним джерелом ідей синергетики стали роботи німецького вченого М. Ейгена, який показав, що при сприятливих умовах середовища складні органічні молекули здатні до самовідтворення та ускладнення організації на передбіологічній рівні.
Таким чином, дослідження процесів самоорганізації на початку 60-х рр.. обмежилося окремими природничонауковими дисциплінами. Але в 70-х рр.. учені все ж таки почали виходить за рамки своїх дисциплін і помітили, що їхні ідеї аналогічні. У 70-80-х рр.. стали проводитися спільні наукові конференції представників різних дисциплін і стало оформлятися новий науковий напрям - синергетика, або загальна теорія самоорганізації систем різної природи. Одночасно з цим виявили її системний характер.
Потрібно зауважити, що формування синергетики як загальнонаукового напрямку не завершено і ще продовжується. У синергетики до цих пір не отримав адекватного рішення головне питання - про справжні джерелах самоорганізації. А без цього саме поняття самоорганізації залишається умовним і недостатньо осмисленим, які мають лише робоче значення. У цьому плані більш гнучку позицію зайняв сам Хакен, коли у введенні до своєї роботи дав обгрунтування терміну «синергетика»: «Я назвав нову дисципліну« синергетикою »не тільки тому, що в ній досліджується спільна дія багатьох елементів систем, але й тому, що для знаходження загальних принципів, які керують самоорганізацією, необхідно кооперування багатьох різних дисциплін »*.
З усього вищесказаного можна зробити висновок, що наявні в синергетики напрацювання не повинні вольовим чином поширюватися на інші дисципліни. Навпаки, вивчення специфічних потреб різних дисциплін повинно служити стимулом для розвитку самої синергетики.
 

Отже, під синергетикою слід розуміти теорію самоорганізації складних систем, характерними рисами яких є взаємодія їх частин, відкритість, нелінійність, наявність коливань, якісних змін, що знову виникли (емерджентних) якостей, структур-атракторів, тією чи іншою мірою впорядкованості, наявність нестабільностей.
На відміну від раціоналізму минулих століть, ідея нестабільності веде до здійснення «нової раціональності», яка подібна до діяльності художника. Наприклад, у фузі Баха задана композитором тема допускає безліч продовжень, з яких справжній художник обирає (відразу, миттєво) необхідне йому, виправдане логікою саморозвитку теми.
Світ, природа і суспільство з іманентною організацією також «вибирають» з безлічі альтернатив, які може нав'язати людина, лише ту, яка відповідає їхнім законам. Природно, такі системи вимагають нових принципів управління: раз система сама себе «будує», то необхідно правильно ініціювати в ній бажані тенденції, бо кількість шляхів еволюції не нескінченно. Необхідно створювати сценарії «потрібного майбутнього» з тим, щоб у потрібний момент впливати на середу. Слід вивчати не тільки способи дії, але і його наслідки. Бажаний ефект виходить тільки в тому випадку, якщо вплив співзвучно внутрішнім властивостям системи (ефект резонансу).
Синергетичні уявлення дозволяють оцінити характер становлення, еволюції та розвитку людини, суспільства і людства. По-перше, немає нічого дивного в тому, що в далекому минулому вибухнув протовакуум, тому що виявився в стані нерівноважності і в підсумку «скотився» до певного атракторні станом, що супроводжувалися розширенням і охолодженням фізичного Всесвіту.

По-друге, мало дивного в тому, що живі організми здатні зберігати свою стійкість, це відбувається завдяки зворотним негативним зв'язкам. По-третє, немає нічого дивного і в тому, що «складання» фізико-хімічних елементів призвела до виникнення живого. У рамках складних систем виникнення життя не випадково, а закономірно - в сенсі синергетичної самоорганізації. По-четверте, з синергетичних позицій еволюція світу живого, яка по лінії розвитку деревних ссавців призвела до становлення людини як біологічного виду, видається цілком закономірною. По-п'яте, виникнення і оновлення економічних, естетичних, політичних і релігійних складових також цілком вкладається у картину синергетичних уявлень.

Концептуальна сила синергетичного підходу така, що він не без успіху використовується як міждисциплінарного засоби для опису всіх скільки-небудь складних систем.
Виходячи їх всього вищесказаного слід зауважити, що хаос - один з результатів дії динамічних чинників, а аж ніяк не деструктивне начало.

Синергетика дозволяє з нових позицій зрозуміти час і незворотність: час незворотньо, а незворотність грає при нагоді конструктивну роль. Синергетика має міждисциплінарний характер, вона дозволяє осмислити еволюцію як природних, так і соціальних систем, представити картину всепланетарного еволюціонізму. Стратегія людства повинна припускати його коеволюцію з природою, поєднання екологічного та етичного імперативів. Синергетика окреслює можливості людства по пізнанню нелінійних відкритих систем і виробленню в цьому зв'язку нової стратегії поведінки, адекватної реаліям XXІ ст. Синергетика дає уявлення про можливості та обмеження нашого пізнання нелінійних систем природи і суспільства. «Ми не повинні ні« віджимати », ні відступати, бо пережив, як і відмова від впливу, можуть штовхнути систему з одного хаотичного стану в інший. Ми повинні бути обережними і хоробрими - відповідно до умов нелінійності та складності еволюції »*.* Майнцер К. Складність і самоорганізація. Виникнення нової науки і культури на рубежі століття / / Питання філософії. 1997. № 3. С. 48-60.

Теорія катастроф і біфуркацій: синергетика в економіці

Ідеї синергетики стали проникати в соціально-економічні науки з кінця 80-х років. Займаючись вивченням процесів самоорганізації в системах різної природи, дослідники не могли обійти стороною такий важливий об'єкт вивчення як суспільство. Більш того, для багатьох учених стало очевидним, що майбутнє людства все більшою мірою визначається не стільки високим рівнем розвитку техніки, скільки соціологічними конструктами.

В основному, за невеликим винятком, авторами перших робіт в області соціальної синергетики були фізики і математики. За допомогою специфічного інструментарію синергетики - виділення параметрів порядку, побудови нелінійних математичних моделей, постановки обчислювального експерименту - були отримані результати, які ще належить осмислити суспільствознавцям і які, в деякому розумінні, можуть змінити і методику економічних досліджень.

Чому економісти звертаються до синергетики? Синергетика, перш за все, має величезне значення як точку зору на події, які відбуваються в світі, що відрізняється від традиційного детермінованого погляду, який домінував в науці з часів Ньютона. Іншими словами, синергетика корисна як засіб інтерпретації наукових даних в новому ракурсі. Вона дозволяє відмітити і оцінити те, що, можливо, залишається поза увагою при традиційному розгляді.

Так, початковими положеннями ортодоксальної економіки є наступні:

1) Люди прагнуть до мети: споживачі - отримати максимальну користь, виробники - максимальний прибуток.

2) Рух до мети - процес зумовлений, однозначно прогнозований і універсальний (тобто однаковий у всіх країнах). Результат процесу - рівноважний ринок - теж однозначний.

3) Рух до рівноважного ринку відбувається мимоволі і державний контроль для цього не потрібний і, більш того, він не бажаний.

Синергетичний підхід будує свої висновки на іншому фундаменті:

1) Економіка - система, що розвивається, і повинна будуватися в рамках теорії систем, що розвиваються.

2) При русі до мети, завдяки нелінійним зворотним зв'язкам можуть виникнути нестійкі і хаотичні стадії. Це, у свою чергу, може привести до існування різних кінцевих станів рівноважного ринку. Сучасна наука може оцінити вірогідність різних варіантів, але не може дати однозначну відповідь, який з них матиме місце. Тому сучасна наука відмовляється від однозначного прогнозу майбутнього і тим відрізняється ортодоксальної економіки.

3) За наявності декількох рівноважних станів загострюється проблема вибору.  Ця проблема не може бути вирішена мимоволі.  Вона повинна вирішуватися державою з урахуванням особливостей і національних інтересів країни.

Методологічні орієнтири соціально-економічного аналізу в рамках синергетичного підходу

Методологічними орієнтирами економічного аналізу в рамках синергетичного підходу можуть бути наступні:

1. Незамкнутість економічних систем.

Для того, щоб в складних системах відбувалися процеси самоорганізації, вони повинні бути відкритими. Будь-які економічні агенти, а також економічна система будь-якої держави в цілому, задовольняють вимогам, що пред'являються до відкритих систем, - в них постійно циркулюють потоки грошей, ресурсів, інформації і ін. Важливо мати на увазі, що відвертість будь-якої складної системи породжує цілий спектр нелінійних ефектів, які поки не знайшли віддзеркалення в економічній теорії. Наприклад, всякі допущення caeteris paribus при аналізі поведінки економічних агентів в сучасних умовах можуть завдати величезної шкоди економіці будь-якої держави - новітня історія рясніє такого роду прикладами.

2. Нерівноважність економічних процесів.

Іншою важливою характеристикою системи, здібної до самоорганізації, є  Нерівноважність системи. Як відзначив   Н. Моїсєєв, “стійкість, доведена до своєї межі, припиняє будь-який розвиток. Вона суперечить принципу мінливості. Занадто стабільні форми - це тупикові форми, еволюція яких припиняється. Надмірна адаптація... така ж небезпечна для досконалості вигляду, як нездатність до адаптації”[2]. Теоретичні моделі рівноважних систем, кінець кінцем, виявляються нежиттєздатними конструкціями.

3. Безповоротність економічної еволюції.

Проходження через точки галуження еволюційного дерева, довершений “вибір”, закриває інші, альтернативні шляхи і робить тим самим еволюційний процес необоротним. Що насторожують в цьому відношенні звучать висновки синергетіків про те, що в Росії “пункти, в яких можна було коректувати тільки політичні, економічні, соціальні процеси вже пройдені. Масштаби змін, що відбулися в Росії, настільки великі, що при стратегічному управлінні слід мати на увазі історичні траєкторії країни і етнічні процеси”[3].

4. Нелінійність економічних перетворень.

У найзагальнішому сенсі нелінійність системи полягає в тому, що її реакція на зміну зовнішнього або внутрішнього середовища не пропорційна цій зміні. У економічних систем існують такі стани, поблизу яких закони, керівники подальшим розвитком даної системи, різко, тобто без проміжних переходів, змінюються. Іншими словами, наступає такий  момент часу, коли економічна система стає “раптом” в істотному ступені інший, але уловити ці переходи, хоч би на найзагальнішому рівні, економічна теорія не в змозі.