Преджізнь. Відкритість. Нелінійність. Аттрактори

Трохи історії

"У лазері велике число атомів занурені в активну середу, наприклад, у такий кристал, як рубін. Після накачування ззовні атоми порушуються і можуть випускати окремі цугі світлових хвиль. Таким чином, кожен атом випромінює сигнал, тобто створює інформацію, переноситься світловим полем. У порожнині лазера іспущенние цугі хвиль можуть зіткнутися з іншим порушеною атомом, що призведе до посилення що випускається їм хвилі ... Так як окремі атоми можуть випромінювати світлові хвилі незалежно один від одного і так як ці хвилі можуть потім посилюватися іншими порушеними атомами, виникає суперпозиція некоррелірованних, хоча і посилених цугов хвиль, і ми спостерігаємо абсолютно нерегулярну картину. Але коли амплітуда сигналу стає досить великий, починається абсолютно новий процес. Атоми починають когерентно осцілліровать, і саме поле стає когерентним, тобто воно не складається більш з окремих некоррелірованних цугов хвиль, а перетворюється в одну практично нескінченно довгу синусоїдою.

Перед нами типовий приклад самоорганізації: тимчасова структура когерентної хвилі виникає без втручання ззовні. На зміну хаосу приходить порядок. Детальний математична теорія показує, що виникає когерентна світлова хвиля служить свого роду параметром порядку, що вимушує атоми осцілліровать когерентно, або, інакше кажучи, підпорядковує собі атоми "[1]

У наведеному уривку ми виділимо спочатку одне поняття - Самоорганізація. Саме воно є ключовим для розуміння сутності синергетики. Синергетика і визначають як науку про самоорганізацію або, більш розгорнуто, про мимовільне виникненні та самопідтримки впорядкованих тимчасових і просторових структур у відкритих нелінійних системах різної природи. В описі процесу освіти когерентної світлової хвилі Хакен використовує цілий ряд інших основних понять синергетики. Накачування енергії означає, що розглянута система є відкритою, тобто має інтенсивний приплив енергії ззовні, а також відтоки енергії. Виникає тимчасова або просторова структура формується в активному середовищі і являє собою виявлення одного з потенційно властивих їй дискретних станів. Система реагує нелінійно, тобто перехід від неорганізованого поведінки атомів до злиття їх випромінювання в когерентну світлову хвилю відбувається не плавним шляхом, у лінійній пропорції до збільшення енергії, а стрибкоподібно - в момент, коли приплив енергії перевищить певний бар'єр. Розрізнено і невпорядковане поведінку окремих атомів відповідає хаотичного станом системи, макроскопічного хаосу, з якого шляхом фазового переходу народжується порядок. Для будь-якої системи можна визначити параметри порядку, що дозволяють описати її складну поведінку досить простим чином, а також вибрати певні контролюючі параметри, при зміні яких істотно змінюється макроскопічне поводження системи. Параметри порядку підпорядковують поведінку окремих елементів системи - в чому виражається введений Хакеном принцип підпорядкування.

Хакеном належить безперечний пріоритет у створенні нового терміну - "синергетика" - і в розробці системи понять і теоретичних моделей, що описують механізми самоорганізації, але не абсолютна першість у дослідженні самих явищ самоорганізації.

У фізиці ефекти освіти стійких структур у умовах інтенсивного зовнішнього припливу енергії відомі досить давно. Взяти класичний приклад - утворення так званих осередків Бенара, викликаних конвективними течіями в підігрівається знизу в'язкої рідини. Цей досвід кожен може відтворити у себе вдома. Досить налити в сковороду товстий шар рослинного масла і поставити її на сильний вогонь. Через деякий час можна буде спостерігати, як нижній, дуже гарячий шар масла і верхній, не настільки гарячий, починають постійно змінювати один одного у вертикальному течії - але не безладному або поширюється відразу на всю ємність, а структурованому у формі правильних шестигранних осередків, що нагадують бджолині соти. Просторові структури самоорганізації виникають тоді, коли різниця температур нижнього і верхнього шарів рідини досягає певного порогового значення. Потоки рідини спонтанно, тобто без будь-якого організуючого впливу ззовні, переходять у впорядковане стану, що відповідає щодо стійким і геометрично правильним формам. Варто зменшити вогонь під сковородою, і осередки знову перетворяться на безладні завихрення масла (що не завадить за підсумками досвіду підсмажити в ньому ковбасу). При більш інтенсивному нагріванні рідини в ній можуть виникнути складніші просторово-часові структури, наприклад, осциляції вихорів. У Росії на Протягом кількох десятиліть продуктивно розвивається оригінальне напрямок синергетики, що вивчає локалізовані структури горіння і тепла, що виникають у надшвидких, лавиноподібно еволюційних процесах, у так званих режимах з загостренням. Цей напрямок представлено науковою школою академіка РАН А. А. Самарського та члена-кореспондента РАН С. П. Курдюмова. Досліджуються механізми формування локалізованих структур (самоорганізації), їх трансформації, синтезу (коеволюції) і розпаду.

Спочатку вивчення локалізованих структур горіння і тепла було пов'язане з практичним завданням утримання клубка плазми в заданих кордонах з метою отримання температури, необхідної для початку керованої термоядерної реакції. Корінь технічної проблеми полягав у тому, щоб зменшити контакт розпеченої плазми із стінками реактора і зменшити енергетичні витрати на утримують її магнітні поля.

Обчислювальні експерименти, проведені в 60-х роках, показали несподівану річ: існує такий режим надшвидкого стиснення та розігрівання плазми, при якому показник її температури на графіці злітає вгору майже вертикально, прагнучи до нескінченності, а от просторовий обсяг клубка, тобто острівця тепла в навколишньому холодному світі, не розповзається, залишаючись у початкових кордонах. Виходить, що плазма створює кордону навколо себе із самої себе. Цей нелінійний ефект дозволяє в десятки тисяч разів знизити енергію, яка потрібна для ініціювання реакції термоядерного синтезу. Незвичайність такого стану плазмового середовища полягає в тому, що в будь-яких нормальних умовах потенціал "тепло - холод" прагне до вирівнювання, подібно до того як порція холодного молока, влити в гарячу каву, робить його теплим.

А ось синергетика - чим вона і приваблива для допитливих умов, що тяжіють до незвичайного в навколишньому світі, - доводить можливість руху в протилежному напрямку: від розповзання до локалізації тепла, від рівноваги до зростаючого нерівноваги і створенню структур в станах, далеких від рівноваги.

Відоме нам другий початок термодинаміки, що говорить про зростанні безладу (ентропії) в замкнутих системах, втрачає свою силу для відкритих нелінійних систем, що вивчаються синергетикою. Локалізовані, що швидко розвиваються структури існують за рахунок зростаючої хаотизації середовища, на основі виробництва в ній ентропії. Структури горіння як би інтенсивно "випалюють" середовище навколо себе. І організація (порядок), і дезорганізація (ентропія) збільшуються одночасно. Але на піку загострення процесу розігрівання і "Підбирання" кордонів тепла структура стає надзвичайно хиткою, чутливою до найменших флуктуацій, випадковим змінам ходу процесу. Вони здатні ініціювати розпад складної структури або ж вивести на інший, протилежний режим - режим спаду температури і розповзання тепла.

Преджізнь

Важливі результати, що стосуються спонтанного виникнення впорядкованих структур, були отримані до початку 70-х років і в хімії. Вони пов'язані в першу чергу з дослідженнями, проведеними у Вільному університеті Брюсселя під керівництвом Іллі Пригожина - бельгійського вченого російського походження (у 1927 році в десятирічному віці він був вивезений батьками з Росії), що отримав в 1977 році за свої роботи в області нерівноважної термодинаміки Нобелівську премію.

"У різних експериментальних умовах, - пишуть Ілля Пригожин і його співавтор Ізабелла Стенгерс, - у однієї і тієї ж системи можуть спостерігатися різні форми самоорганізації - хімічні годинник, стійка просторова диференціація або утворення хвиль хімічної активності на макроскопічних відстанях "[2].

Хімічні годинник - мабуть, найбільш яскравий феномен самоорганізації хімічних процесів, відкритий на початку 50-х років російськими вченими Б. П. Бєлоусовим і О. М. Жаботинським. Структура, яка тут утворюється, являє собою не просторову, а тимчасову структуру -- коливання з регулярною періодичністю.

Для теоретичного опису реакції Бєлоусова -- Жаботинського Пригожин зі своїми співробітниками розробив спеціальну модель, названу брюсселятором. Вона виглядає так. Є речовини, які вступають між собою в хімічну реакцію. Концентрацію тільки одного з них - "керуючого" речовини - плавно збільшують. Як тільки концентрація переходить критичний поріг (за інших рівних параметрах), колишнє стаціонарний стан хімічної системи стає нестійким і концентрації двох інших реагуючих речовин починають коливатися з чітко вираженою періодичністю. Коливання відбуваються навколо деякого нестабільного фокуса і виходять на граничний цикл, тобто встановлюється сталий періодичне рух.

Кінцеву область неминучого сходження фазових траєкторій руху складної системи називають у синергетики аттрактору. У як аттрактора може виступати або точка (стійкий фокус), або інше більш складне утворення.

Існують дивні атрактори, коли траєкторії системи здійснюють довільні і не піддаються регулярному опису блукання усередині певної області. Слідуючи Пригожина, дивний аттрактор можна назвати "Приваблює хаосом". Щоб уявити собі наочніше картину хімічних годин, а її незвичайність висловити більш вражаючим чином, Пригожин та Стенгерс пропонують умовно вважати, що в реакції беруть участь молекули двох сортів - "червоні" і "сині". До переходу критичного порогу концентрації "Керуючого" речовини вони знаходяться в хаотичної суміші, і ми маємо на пробірці якусь фіолетову рідина з легкими безладними відхиленнями в один з двох первинних кольорів. "Іншу картину ми побачимо, розглядаючи хімічні годинник: вся реакційна суміш буде мати синій колір, потім її колір різко зміниться на червоний, потім знову на синій і т.д. Оскільки зміна забарвлення відбувається через правильні інтервали часу, ми маємо справу з когерентним процесом. Така висока впорядкованість, заснована на узгодженому поведінці мільярдів молекул, здається неправдоподібною, і якби хімічні годинник не можна було б спостерігати "в тілі", навряд чи хто-небудь повірив, що такий процес можливий. Для того щоб одночасно змінити свій колір, молекули повинні "Якимось чином" підтримувати зв'язок між собою. Система повинна вести себе як єдине ціле "[3]. У наявності ефект когерентного, кооперативного поведінки елементів в хімічних системах. У теорії самоорганізації проводиться чітке відмінність між стаціонарними, "застиглими" структурами, такими, як грати кристалів, і відносно стійкими структурами, що викликаються до життя з спочатку хаотичного стану шляхом інтенсивного зміни по деякому провідному параметру - будь то накачуванням енергії у фізичному ефекті лазерного випромінювання, збільшенням концентрації речовини в описаному вище хімічному ефекті або, за самої загальної точки зору, припливом інформації в середу, що також охоплюється синергетичним моделями. Перший тип структур - це, можна сказати, тупики еволюції. Для рівноважних стаціонарних структур мале обурення "звалюється" на ту ж саму структуру. Другий тип - це структури, здатні мимовільно виникати і розвиватися в активних, які розсіюють (дисипативних) середовищах в станах, далеких від термодинамічної рівноваги. Для позначення такого типу структур Пригожин запропонував використовувати поняття дисипативної структури. Саме вони у фокусі уваги синергетики.

дисипативні структури виявляють характерне властивість: у станах нестійкості вони можуть виявитися чутливими до найменшим випадковим відхиленням в середовищі. Короткий момент нестійкості, балансування системи на вістрі вибору між майбутніми станами, коли доля всієї системи може залежати від вторгнення однієї випадкової флуктуації, називається в синергетики біфуркацією. Дослідження явищ самоорганізації в хімічних процесах привели Пригожина до створення власної узагальненої теорії самоорганізації, далеко виходить за межі хімії. Він називає її по-різному: нелінійної нерівноважної термодинаміки, наукою про складний, теорією переходу від хаосу до порядку, але найчастіше теорією дисипативних структур.

Пригожин вважає за краще не користуватися терміном "Синергетика", хоча за своїм внутрішнім змістом його дослідження, безперечно, належать до синергетичної теорії еволюції і самоорганізації складних систем.

Але створення теорії самоорганізації для Пригожина - ще не самоціль. Його надзавдання - використовувати цю теорію для розкриття глибинних механізмів походження живого. Він прагне подолати якісний розрив між описом живої та неживої природи або щонайменше - що лежить в межах можливостей сучасної науки - додати ще кілька прольотів до тому мосту, який вчені здавна намагаються навести над прірвою, що лежить між ними.

"Життя, свідомо вкладається в рамки природного порядку, постає перед нами як вищий прояв що відбуваються в природі процесів самоорганізації. Ми ... стверджуємо, що, якщо умови для самоорганізації виконані, життя стає настільки ж передбачуваною, як нестійкість Бенара або падіння вільно кинутого каменя "[4], - пишуть Пригожин і Стенгерс.

У пошуках сполучних ланок між живим і неживим Пригожин спирається на дані молекулярної біології, що знаходиться як би посередині річки, що розділяє два береги. Він високо оцінює модель предбіологічною еволюції, розроблену німецьким вченим Манфредом Ейген. Відповідно до досліджень Ейгена, системи полімерних молекул - молекул, які, взяті самі по собі, позбавлені в традиційному уявленні і "краплі" життя, -- здатні підтримувати власне існування через цикл самовідтворення та протидії обурюють впливів ззовні. Механізм їх самозбереження і адаптації до навколишнього середовища є прообразом механізму відтворення живих організмів через ланцюга ДНК.

Пригожин говорить про спонтанних острівцях самоорганізації при переході до живого: "Мабуть, розумно припустити, що деякі з перших стадій еволюції до життя були пов'язані з виникненням механізмів, здатних поглинати і трансформувати хімічну енергію, як би виштовхуючи систему в сильно нерівноважні умови. На цій стадії життя, або "Преджізнь", була рідкісною подією і дарвінівський відбір не грав такої суттєвої ролі, як на більш пізніх стадіях "[5]. Погляд на природу як на єдине ціле, де поділ на живе і неживе не є абсолютним, але пов'язано з обмеженістю нашого розуміння речей, можна простежити далеко вглиб історії людської думки. Більше він характерний для східної філософії, але мав вплив і на Заході. У числі прихильників такого погляду і, по суті, віддалених попередників синергетичного світогляду варто згадати Шеллінга, який будував свою філософію виходячи з уявлення про природу як про єдиному живому організмі. "Неорганічна і органічна природа зв'язані одним і тим же початком "[6], - писав він, вбачаючи такий початок у феноменах "Організації" і спонтанного творчого акту. Що ж нового вносить тоді синергетика? Її нововведення і її крок вперед по відношенню до попередніх уявленням про єдині засадах живого і неживого полягають у міждисциплінарному науковому та узагальнено-теоському вивченні тих закономірностей, які складають універсальну основу процесів самоорганізації та еволюції складного, і в постійному підкріплення своїх теоретичних уявлень численними дослідними даними базових наукових дисциплін.

В античні часи наука, мистецтво та філософія знаходилися в нерозривній єдності і гармонії, а в самій науці дисциплінарні поділу були ледь намічені. Але в Новий час наука розпалася на автаркіческіе володіння, кожне з яких вирізало з тіла природи власний фрагмент, скрупульозно розбирала його по клітинкам і намагалося зрозуміти принцип його діяльності виходячи тільки з нього самого. Не дивно, що в наступну епоху, особливо з другої половини ХХ століття, посилився зустрічне прагнення: зрозуміти світ у його цілісності, угледіти в штучно розсічених сферах щось істотно загальне і як до природного підсумку прийти до об'єднання наук, створенню єдиної науки про єдину природу. Об'єднання наук при цьому, звісно, розумілося не як непродуктивний механічне злиття, а як виокремлення в них деякого загального змістовного ядра і стикування наук в якості лише умовно поділених ділянок єдиного дослідницького поля.

Синергетика в найбільш послідовній формі відповідає на цей виклик часу. Вона говорить про можливі способи об'єднання природних і ряду гуманітарних наук - із збереженням, зрозуміло, їх власної ідентичності і предметної специфіки, а також про перспективи крос-дисциплінарної комунікації, творчого діалогу фахівців у різних областях. Об'єднання можливе навколо вивчення основоположного феномену -- феномена самоорганізації. Ймовірно, об'єднання наук можливо не у всій їх цілісності, а лише в певному аспекті - вивченні складних утворень (систем) на різних рівнях реальності, механізмів їх еволюції і самоорганізації.

Опозиція "живе - неживе" мислиться при цьому як головний, але не єдиний камінь спотикання з числа тих, що лежить на шляху об'єднання. Так само важливою представляється задача об'єднати в єдиному дослідницькому фокусі мікро-і МАКРОсвіти, світ індивідуальної психології і поведінки і світ масових суспільних процесів, нарешті, світ науки з тим, що можна назвати життєвим світом людини, світом людської екзистенції. Синергетика покликана не тільки повернути науці цілісної людини, але і науку повернути людині, поставити її обличчям до його реальних проблем і турбот. До суті синергетики відноситься універсальний характер розкриваються нею закономірностей, а значить, за необхідності міждисциплінарний характер що проводяться в її рамках досліджень. На перше місце вона ставить спільність процесів еволюції і самоорганізації, що мають місце у фізичних, хімічних, біологічних, соціальних і інших системах. Вказівка ж на специфіку, несхожість цих систем розглядається скоріше як уточнює, коректує поправки, виноситься за дужки. При цьому завдання синергетики - не просто вловити зовнішні аналогії, а встановити внутрішні ізоморфізму поведінки таких систем. Синергетика рівним чином припускає як сходження від конкретних експериментальних даних до теоретичних і міждисциплінарним узагальнень, так і зворотний процес - прикладне використання теоретичних уявлень і розроблених моделей у різних дисциплінах і сферах практичної діяльності.

Відповідно в синергетики можна виділити два напрямки - синергетику теоретичну і прикладну, хоча таке членування досить умовно. Учені, що працюють над будь-якими конкретними завданнями у своїй області, часто пропонують синергетичного спільноті свіжі ідеї і гіпотези загального порядку, що народилися в ході вирішення таких завдань.

А запропоновані ідеї і гіпотези часто дають несподіваний імпульс для досліджень в зовсім іншій дисциплінарної області, в результаті чого в науковому співтоваристві відбувається постійний конструктивний обмін ідеями.

Сила і ефективність синергетики - у постійній взаємної підживлення дисциплін, в тому, що, висловлюючись комп'ютерним мовою, спеціаліст в одній галузі знань має можливість перебувати в режимі прямої зв'язку з базами даних інших спеціальних наук.

У цьому полягає суттєва перевага синергетики перед двома її попередниками, з якими її часто порівнюють, -- кібернетикою, дітищем 50-х років, і так званим системним підходом (створенням загальної теорії систем), що отримали розвиток в 60-х роках. І кібернетика, і системний підхід функціонували таким чином: вони витягали, абстрагуватися щось спільне з різних конкретних дисциплін і потім працювали переважно з цією абстрагованою есенцією. Задають категоріальним схемами були в кібернетики "вхід - вихід" і "сигнал - відгук", а в системному підході "елемент - система", "зворотний зв'язок - гомеостазіс". Вчені отримували тюбик такий есенції і додавали її в котел своєї дисципліни, вважаючи, що тим самим застосовують кібернетичні ідеї або реалізують системний підхід. Не було прямої стикування, безпосереднього взаємодії дисциплін, що дали матеріал для отримання абстрагованою витяжки - того, що як раз є життєдайним для синергетичного спільноти.

Тут фізик охоче читає книгу нейрофізіолога про дивних аттрактора в діяльності мозку, метеоролог знаходить багато цікавого в роботах по гідродинаміки і навіть галактичної астрономії (що не дивно, оскільки і тут, і там йдеться про вихрових формоутворення і тонкої структури хаосу в турбулентних течіях), психіатр черпає цінні підказки з лікування своїх пацієнтів, вивчаючи сценарії еволюції детермінованого хаосу, і всі вони чудово спілкуються на універсальною мовою "аттракторів", "флуктуацій" і "Біфуркацій".

Однією з сполучних точок у створенні міжнародного синергетичного співтовариства став Інститут теоретичної фізики і синергетики при Університеті Штутгарта, заснований і довгі роки беззмінно очолюваний Германом Хакеном. У 1997 році Хакен відзначив свій сімдесятирічний ювілей і пішов з посади директора, очоливши Центр синергетики в цьому інституті. Об'єднання вчених навколо інституту сприяло налагодженню регулярних особистих контактів і широкому поширенню ідей синергетики в науковому світі.

Наочним втіленням авторитету і високої продуктивності синергетики стала серія індивідуальних і колективних монографій під загальною назвою "Синергетика", що випускається провідним німецьким науковим видавництвом "Springer" у тісній співпраці з Інститутом Хакена. З середини 70-х років вийшло вже понад 70 томів. Перерахування спеціальних наукових областей, представники яких друкувалися в серії, вийшло б, напевно, за межі двох десятків.

Разом з тим і тридцять років по тому "синергетики" так і не стали називати себе "синергетика". Фізик скромно скаже: "Я використовую синергетичні моделі ", як скаже і захоплений синергетикою хімік, біолог або географ-урбаніст.

Важко знайти підходяще місце для синергетики в наукової табелі про ранги. Що це: теорія? парадигма? дисципліна? наука? Всі ці слова здаються не дуже слушними. Правильно було б назвати синергетику науковим напрямком, а ще точніше - науковим рухом, за аналогією з рухом політичним. Тут немає ані суворого членства, ні чіткої організаційної ієрархії, ні інституціонального віднесення до однієї з наукових рубрик, створених для зручності університетського викладання та просування по дисертаційним сходами. Є діяльну устремління вчених-однодумців, що складається в тому, щоб пізнати - кожному з даного йому через його наукової спеціалізації кута зору - один з дивних феноменів буття: феномен самоорганізації.

Відкритість. Нелінійність. Аттрактори

Отже, ми маємо систему, відкриту для протоки енергії чи іншого досить інтенсивного впливу ззовні. Система розуміється як складна, тобто містить дуже велике, іноді з працею ісчіслімое безліч елементів - атомів в кристалі лазера, молекул у хімічному розчині, людей у суспільстві, нейронів в мозку, що знаходяться в складній взаємодії один з одним, - І тому процеси в системі будуються як масові кооперативні процеси.

Разом з тим складність чи простота системи - поняття відносні. Вдаватися до них як до визначальними показниками здається нам не дуже продуктивним. Синергетика здатна розглядати будь-яку систему одночасно і на макрорівні - як цілісність, описувану досить просто деякими параметрами порядку, і на мікрорівні - як складна взаємодія безлічі елементів. Наприклад, полум'я, будучи видимим вираженням структури горіння, може зображуватися і як самостійне утворення, як власне полум'я, з його формою, кольором, температурою, іншими об'єктивними показниками, і як сполучення, взаємодія безлічі не до кінця згорілих частинок, які і утворюють видимий язичок. Нарешті, полум'я може бути розібрано і на більш дрібні складові і представлено у вигляді турбулентного потоку розігрітих, бистродвіжущихся молекул.

На різних рівнях можна описати і який-небудь психологічне явище, скажімо, пережите людиною глибоке потрясіння. На одному рівні, описуваному власне психологічною наукою, воно буде виглядати як перегрупування, переконстелляція елементів духовного світу людини - невеликого безлічі описаних у психологічних і моральних термінах показників ( "У мене заново відкрилися очі", "Я став іншим людиною "). Але той же особистісний зрушення може бути представлений на рівні перебудови нейронних мереж, що забезпечують протягом психологічних процесів. А тут ми знову, як і у випадку з полум'ям, маємо справу вже з практично безмежним безліччю.

Те ж саме може бути сказано і про співвідношення понять "Хаос" і "порядок", яким в синергетики іноді неправомірно надається суттєвий, самодостатній сенс. Немає абсолютного хаосу і абсолютного порядку. Коректніше було б говорити, що зростає міра впорядкованості (або хаотичності) з якого-небудь показника за рахунок або на противагу зниженню заходи впорядкованості (або хаотичності) за іншим показником.

Сам хаос має тонку, іноді невидиму для зовнішнього спостерігача структуру, наприклад, в турбулентному течії. А порядок - це організований хаос.

Відкритість - необхідна, але не достатня умова для самоорганізації системи. Система повинна бути ще й нелінійної.

З математичної точки зору нелінійність означає особливий тип математичних рівнянь, що описують не на плавний, а істотно нерівномірний зростання функції і мають декілька якісно різних рішень. Звідси зрозумілий і фізичний сенс нелінійності: певного набору рішень нелінійного рівняння відповідає безліч шляхів еволюції системи, описуваної цим рівнянням, а перехід в той чи інший відносно стійке стан системи або русло еволюції відбувається стрибкоподібно, відповідно особливим точкам графічної кривої.

Для тих, хто любить подібні роз'яснення, можна запропонувати таке: ви берете свисток або дудку і починаєте туди дути, спочатку слабо, потім все сильніше і сильніше (відкритість системи і протока енергії). У якийсь момент при посиленні потоку повітря неясне шипіння раптом стрибком (нелінійність) переходить в свист - який, по суті, являє собою резонансну звукову хвилю єдиного тону, тобто упорядковану хвильову структуру. Але якщо ви переусердствуете і станете дути з усієї наявної у вас сечі, то що радує душу чистий звук перейде в переривчастий хрип зі слиною на виході (незнання синергетики). Повернемося до порівняння синергетики з кібернетикою. Кібернетика і різні варіанти теорії систем досліджували головним чином процеси гомеостазу, підтримання рівноваги в технічних, біологічних і соціальних системах. Кибернетика намагалася звести складні нелінійні еволюційні процеси до лінійних, принаймні, на певних стадіях, де це можливо. Вона розглядала тільки ті випадки, коли нелінійна система могла досліджуватися, як якщо б це була лінійна система з повільно змінними параметрами. Кибернетика розробляла алгоритми і методи зовнішнього контролю над системами. Синергетика ж вивчає процеси самоорганізації систем, їх свого роду самоконтролюванні, основу для чого створюють нелінійні властивості систем.

Отже, якщо нелінійна система відкрита і її внутрішні флуктуації або зовнішні впливи перевищать певне граничне значення, то вона може стрибком перейти в новий макроскопічне стан. Але що це за стан? І які стану взагалі можливі?

Ми підходимо тут до одного з центральних тез синергетики. Це - дискретність можливих станів, у які може переходити система в процесі еволюції, а також заданість, обмеженість їх числа. Інакше кажучи, спектр можливих структур-аттракторів еволюції, тобто структур, на які виходять еволюційні процеси в цій системі, не є суцільним. У процесі еволюції система може перейти або в те, чи в цей стан, але не у щось середнє між ними. Тільки певний набір еволюційних шляхів дозволений, тому що тільки цей набір відповідає внутрішнім властивостям даної системи. В принципі, по крайней мере, в задачах математичної фізики, які пов'язані, наприклад, з виявленням щодо стійких структур самоорганізації плазми, цей набір математично обчислюємо.

Проілюструвати уявлення про дискретності і обмеженості набору потенційних станів можна багатьма прикладами. У фізичної та хімічної областях ми стикаємося з основоположними феноменами - Дискретністю енергетичних рівнів в атомі, що задовольняють заданим орбітами електронів, і якісною визначеністю хімічних елементів, що представляють собою набір можливих в природі типів атомів.

Дискретність виявляється і в рухах живих істот. Давним-давно чоловік помітив, що коням властиві певні алюру: крок, рись, іноходь, галоп. У кожному алюру рух членів коні погоджено строго певним чином, причому перехід від одного типу руху до іншого здійснюється стрибком. Незліченні кінські покоління на Землі відтворюють один і той же набір алюром. Можна спостерігати характерні положення хобота слона, хвоста кішки і собаки, що відповідають цілком певним емоційним станам або реакцій тварин. Вони не змінюються від особи до особи і не мають проміжних, полувираженних ступенів.

Звернемося тепер до поняття аттрактора. Під аттракторів розуміється стан системи, до якого вона еволюціонує. Наявність спектру потенційно можливих стійких структур-аттракторів системи є просто інше, переформульовані відображення ідеї дискретності. Набір аттракторів можна образно уявити як набір лунок на полі настільної гри, в одну з яких обов'язково скотиться пущений пружиною металева кулька.

На графіку аттрактор виглядає як сходження траєкторій до однієї точки або замкнутої петлі, в межах якої регулярно коливається стан системи. Точка сходження не залежить від того, з якого місця графіка тягнеться траєкторія, тобто від початкових умов руху. У синергетики говорять про конусі тяжіння аттрактора, що ніби затягує в себе безліч можливих траєкторій системи, визначених різними початковими умовами. Воронка тяжіння стягує розрізнені вихідні лінії траєкторій до загального, все більш вузький пучок.

Парадоксальність дії аттрактора полягає в те, що він здійснює як би детермінацію майбутнім, точніше, майбутнім станом системи. Стан ще не досягнуто, його не існує, але воно якимось загадковим чином простягає щупальця з майбутнього в сьогодення. Тут і постає філософська проблема можливості цілепокладання в неорганічної природі. Чи можна аттрактор розглядати як свого роду мета руху системи? У синергетики відповідають: в онтологічному сенсі - навряд чи. Але в методологічному сенсі погляд на аттрактор за аналогією з метою, як якби це була обрана системою мета, часто виявляється дієвим.

Не треба думати, що "траєкторії", "воронки тяжіння "," атрактори "- це щось дуже далеке від звичайного життя. "?? оготок загруз - всій пташці пропасти ", - народ давним-давно сформулював ідею, яку синергетика втілює в строгі математизувати одягу.

А ось як осмислював події свого життя А. И. Герцен. "Кожна людина, багато що випробував, - писав він, - пригадає собі дні, години, ряд ледь помітних точок, з яких починається перелом, з яких тягне вітер з того боку, ці ознаки чи перестороги зовсім не випадкові, вони -- наслідки, початкові втілення готового вступити в життя викриття, таємно бродить і вже існуючого "[7]. Читача, вперше що знайомиться з світоглядним і методологічним змістом синергетики, може переслідувати гнітюче почуття, що він десь про це вже чув. І потім до нього доходить: так це ж діалектичний матеріалізм! Взяти хоча б одну з ключових синергетичних ідей - плавне кількісне наростання по будь-якому провідному параметру і раптовий (хоча і, в принципі, математично описуваний) перехід системи в якісно новий стан. Можливо, для західного вченого, чий світогляд формувався, скажімо, в дусі кантіанства, логічного позитивізму або критичного раціоналізму К. Поппера, тут містяться елементи одкровення, що частково пояснює репутацію синергетики як піонерської дисципліни. Але радянському читачеві, якого зі школи виховували в дусі марксизму-ленінізму, пам'ятний закон переходу кількісних змін у якісні: їм в марксизмі пояснюється і виникнення життя на певній стадії розвитку матерії, і виникнення свідомості, і виникнення людського суспільства, і зміна однієї суспільно-економічної формації іншою.

Разом з тим є суттєві відмінності між синергетикою і діалектичним матеріалізмом. Зокрема, марксизм пропонує безальтернативну картину розвитку суспільства. Капіталістична стадія з необхідністю змінює феодальну стадію, і з такою ж необхідністю на зміну капіталізму має прийти комунізм. Синергетика ж чужа ідея предзаданності історичного ходу розвитку. Вона стверджує, що, хоча набір можливих еволюційних шляхів обмежений, з них в силу впливу випадкових факторів може бути обраний той або інший.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.xaoc.ru/