Синергетика – это теория, исследующая процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых разнообразных структур живой, неживой природы. Синергетика рассматривает единые принципы самоорганизации в любых природных системах как в живых, так и неживых.
Основателем синергетики является профессор Штутгартского университета Г. Хакен. Герман Хакен в 1977 году заявил: «Я назвал новую науку синергетикой. В ней исследуется совместное действие многих подсистем…, в результате которого на макроскопическом уровне возникает структура и соответствующее функционирование».
Термин «синергетика» в переводе с греческого означает «совместное действие», кооперация действий разрозненных элементов, спонтанно организующихся в структуру некоторой системы.
Возникновение синергетики было подготовлено трудами многих выдающихся ученых физиков. В ХХ веке изучается поведение открытых систем далеких от термодинамического равновесия. Бельгийский физик Н.Р. Пригожин называл открытие неравновесные системы диссипативными, характеризующимися рассеиванием энергии.
К таким сильно неравновесным системам относятся, например, биологические системы. Физика открытых диссипативных структур переосмыслила второе начало термодинамики. Сущность его заключалось в том, что в случае отсутствия равновесия, необратимость состояния системы и возникающая энтропия рассматриваются как источник порядка. Второе начало термодинамики утверждает, что невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самостоятельно от тел более холодных к телам более нагретым, или невозможно произвести работу за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии. Равенство температур во всех точках двух систем является условием равновесия этих систем. Такое равновесие необратимо. Самопроизвольный переход тела из равновесного состояния в неравновесное не невозможен, но маловероятен. Необратимость тепловых процессов обусловливается громадным числом молекул, из которого состоит тело. Количественной характеристикой теплового состояния системы является термодинамическая вероятность W, равная числу способов, при помощи которых это состояние может быть достигнуто S=k*LnW.
Равновесное, хаотичное состояние является наиболее вероятным. Система стремится к хаосу. Хаос – беспорядок, стихийность, стохастичность. Мерой хаотичности, необратимого рассеивании энергии является энтропия. Это понятие ввел физик Р. Клаузиус. Формулировка второго начала термодинамики представляет собой закон возрастания энтропии, закон стремления к хаосу. Энтропия возрастает по мере увеличения беспорядка в системе. Поэтому любая изолированная система обнаруживает тенденции к беспорядку, хаосу. Энтропия является мерой хаотичности и необратимости. Это мера беспорядка в системах атомов, электронов и других частиц. Чем больше порядка, тем меньше энтропия. Порядок – это гармония, структурность, организация.
В настоящее время представление о хаосе как источнике гибели, деструкции, беспорядка заменяется на понимание хаоса как основания для установления упорядоченности.
Существуют механизмы структурной самоорганизации неравновесных систем. Процессы самоорганизации становятся возможными при наличии трех условий: открытости системы, ее неравновесности и нелинейности, (См.: Миклин А.М. Эволюционная теория: век ХХ. – СПб: Лань, 1999. – С. 47). То есть в неравновесных, открытых системах при выводе их из устойчивого равновесия в близкое состояние возникают механизмы, препятствующие дезорганизации и сводящие ее к минимуму.
Второй закон термодинамики является законом природы. Очевидно, что следует учитывать границы и условия его применимости. Этот закон распространим на замкнутые системы. Однако даже в замкнутых системах существуют процессы упорядочивания. Например, процессы кристаллизации, химические реакции. Думается, что неправомерно перекладывать действие закона на всю Вселенную.
Живым организмам, как утверждал биолог Э.С. Бауэр, свойственна постоянная работа против уравновешивания с внешней средой.
Самоорганизация реализуется в гидродинамических парадоксах: ячейках Бенара, вихрях Тейлора, в механизмах ритмической организации природных систем. Последние иллюстрируются хрестоматийными примерами модели Вольтерры «хищник - жертва» и динамики численности зайцев и рысей.
Важным направлением, которое развивает теория самоорганизации является синергетика, которая рассматривает и выясняет процессы самоорганизации не только в физике, но и в культурологии (формирование цивилизации, морали, традиций), в социологии (переход общества от анархии к государственности), в психологии (механизм памяти), в медицине (корреляция факторов, отрицательно влияющих на организм) и других областях знания.
Синергетика - новая междисциплинарная область знания. Это теория самоорганизации. Она ориентирована на поиск универсальных образцов - эволюции и самоорганизации сложных систем.
В основных понятиях синергетики отражена общность процессов рождения, усложнения, видоизменения и тенденций к распаду структур в самых разных областях действительности. К дефинициям синергетики относятся категории системы, диссипации, структуры, возможности, нелинейности, неустойчивости, открытости, хаоса, бифуркации и др.
Наглядными моделями, претендующими на раскрытие парадоксов синергетики, по мнению некоторых авторов, являются математические закономерности процессов горения и теплопроводности. Давно замечено, что горение, огонь – символы самообновляющегося и саморегулирующегося начала в универсуме. Уже в памятнике древнеиндийской культуры, в Ведах, многие гимны посвящены Агни – богу огня. В философии Гераклита идеи огня, равномерно возгорающегося и равномерно угасающего, тоже отвечают идеям синергетики. Наглядной иллюстрацией синергетических идей может выступать образ вихря, в нём также заложено порождающее системы начало.
Сложная система представляет собой противоречивое единство множества согласованно действующих элементов, соединённых в определённую структуру, выполняющих определённые функции. Такими сложными системами изобилует биология. Организм животных, человека состоит из огромного количества согласованно взаимодействующих клеток. Здесь происходят многие тысячи метаболических процессов.
Синергетика рассматривает открытые, нелинейные, относительно устойчивые системы (системы – аттракторы), способные к самоорганизации. Открытость системы означает наличие в ней источников и каналов обмена веществом, энергией с окружающей средой. Процесс обмена происходит не только с внешней средой, но и в каждой точке данной системы между её элементами. Такой системой, например, является кора головного мозга, пронизанная кровеносными системами питающими мозг.
Не всякая открытая система самоорганизуется, перестраивает структуры. Всё зависит от борьбы двух начал: начала создающего структуры и начала рассеивающего. Если рассеивающее начало при создании системы пересиливает, то структуры не возникают. Однако роль рассеивания, так называемой диссипации, следует рассматривать как фактор устранения лишнего в системе, как элемент саморазвития мира.
Важнейшей категорией синергетики является хаос, отражающий независимость элементов мира, степень их свободы, стохастичность. Хаос в синергетике выступает в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции, он есть средство объединения, усложнения и гармонизации развития сложной структуры.
Понятие нелинейности является концептуальным моментом в новой теории. Концепция нелинейности выражается в идее многовариантности развития, альтернативности его путей, в идее темпа, скорости эволюции.
В синергетике рассматривается и понятие неустойчивости. Неустойчивость не есть зло или неприятность, она означает случайные движения внутри определённой области параметров системы. Неустойчивость диалектична, из неё вырастает устойчивость. Так, зарождение жизни с точки зрения синергетики представляет собой развитие неустойчивости, соответствующей нелинейной среды, но эта неустойчивость приводит к свойствам живого.
Одной из центральных идей в парадигме синергетики является идея о поле путей развития, которая иллюстрирует некоторую предопределённость развития. Нелинейная система совершает блуждание по полю набора возможностей и актуализирует лишь одну в период бифуркации. С позиции физики точка бифуркации – это точка ветвления путей эволюции открытой нелинейной системы. Нелинейная система содержит в себе бифуркации. Бифуркацию иллюстрирует биология в виде эволюционного дерева, оно наглядно представляет поле путей эволюции живого. Прохождение через точки ветвления, сделанный выбор запрещает другие пути и открывает новые возможности.
Синергетика представляет собой новую теорию изменения и развития, суть этой теории в самом общем виде сводится к ряду положений. Большинство систем являются открытыми, они взаимодействуют с окружающей средой. Главенствующую роль в окружающем мире играет неустойчивость и равновесие. Неустойчивая система функционирует, и её флуктуации могут привести к разрушению существующей структуры. Этот переломный момент, момент бифуркации, может привести либо к хаосу, либо к другому уровню упорядоченности, то есть развитие происходит через неустойчивость. Новое, появляющееся в результате бифуркации, запрограммировано в виде спектра возможных путей развития. В неравновесных системах может совершаться переход от беспорядка к порядку.
Синергетика представляет собой новый стиль мышления постнеклассической науки, это синтез вероятностной картины мира, системных исследований, позволяющий раскрыть принципы эволюции сложных систем, раскрыть причины хаоса, кризисов, овладеть методами нелинейного управления сложными системами. Это область знания решает проблему как управлять, как малым резонансным воздействием подтолкнуть систему на один из её собственных и благоприятных для субъекта путей развития, как преодолевать хаос, делая его творческим, превращая его в поле для рождения нового. Это путь созидания, возможность нового диалога человека с природой. Осуществляя выбор пути через нелинейную ситуацию, бифуркацию, субъект одновременно выбирает объективно присущий самой природе путь эволюции. Синергетика и появилась как ответ науки на вызов действительности следовать естественному пути развития вещей.
Синергетика открывает новые подходы к здоровью человека, лечение обретает образ открытия себя. Лечение и излечение предстаёт как синергетический процесс, при котором в самом человеке обнаруживаются скрытые установки на здоровое будущее.
Синергетика предлагает с позиции своего научного аппарата изучать организм как целостную открытую систему, характеризующуюся особым типом взаимодействий её частей.
Примером применения методологической функции синергетики являются исследования процессов взаимодействия систем человеческого организма с геокосмическими факторами. Геокосмические факторы представляют собой флуктуирующую систему, вариабельный аттрактор. Такую же сложную систему являет собой и человек. Комплекс геокосмических факторов способен вызвать и вызывает разнонаправленные изменения параметров организма. Сложность объяснения этого процесса потребовала применения методологии синергетики. Оказалось, что при флуктуирующем режиме аттракторов среднемесячные суммы корреляций лейкограмм, электролитного баланса, ферментного статуса крови синергетичны со среднемесячной динамикой космических лучей. Исследования показали, что биологические системы имеют свойства экстренной самоорганизации и динамической приспосабливаемости к изменениям факторов среды. Возникающий хаос компенсируется процессом самоорганизации, упорядочивающим систему.
Таким образом, синергетика становится способом не только познания, но и создания реальности, влечет за собой новый диалог человека с природой. Однако следует признать, что синергетика диалектична, содержит в себе диалектику, ибо во многом пользуется ее категориальным строем, рассматривает проблемы эволюции, системности, взаимодействий, а также проблемы случайности, необходимости, возможности и действительности.
Глава III.
ВСЕОБЩИЕ ЗАКОНЫБЫТИЯ
В любой сфере бытия, в природе, обществе фиксируются необходимые, общие, существенные устойчивые связи и отношения, то есть законы. Всеобщие законы диалектики образуют систему, определяющую процессы развития действительности. Они специфически проявляются в различных формах движения материи.