Формирование синергетики как теории самоорганизации

Классическая термодинамика показала, что взаимные превращения тепла и работы неравнозначны.

• • Из первого начала термодинамики следовало, что работа может полностью превратиться в теплоту (например, посредством трения), однако тепло полностью превратить в работу невозможно, ибо часть его расходуется на внутреннюю энергию тела. Таким образом, во взаимных переходах одних видов энергии в другие существует некоторая направленность, заданная самой природой.
• • Эта направленность зафиксирована во втором начале термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса: «Теплота не может переходить самопроизвольно от холодного тела к более горячему». Такая направленность процессов преобразования энергии, как считал Клаузиус, в конце концов приведет к превращению всех видов энергии в тепловую энергию, что будет означать термодинамическое равновесие (полный хаос) и в итоге — «тепловую смерть Вселенной». Но этому выводу противоречит сам факт существования Вселенной-, если она эволюционирует только к хаосу, как она смогла самоорганизоваться до нынешнего упорядоченного состояния?

В XIX в. лишь дарвиновская теория эволюции явно противоречила пессимистическому выводу Клаузиуса: процесс развития биологического мира состоит в его непрерывном усложнении, нарастании организации и порядка, уменьшении энтропии. Новым аргументом против идеи «тепловой смерти» стала концепция развивающейся Вселенной (А. Фридман, Г. Гамов и другие). В ней ясно просматривалось нарастающее усложнение организации материальных объектов после Большого взрыва — от элементарных частиц до наблюдаемых ныне галактических систем. Возник вопрос: если принцип возрастания энтропии универсален, то как могут возникать сложные природные структуры?

Стало очевидным, что у материи существуют не только разрушительные (рост энтропии), но и созидательные (уменьшение энтропии, рост упорядоченности) тенденции, что природа способна самоорганизовыватъся и самоусложняться. Выявилась ограниченность системных идей, которые использовались классической термодинамикой: здесь преобладало рассмотрение закрытых (замкнутых) систем, находящихся в состоянии равновесия, г. е. относительно неизменных. К таким системам бессмысленно применять идею развития и самоорганизации. Перед наукой встали задачи, во-первых, расширения круга изучаемых природных систем за счет систем открытых, сложных и самоорганизующихся; во-вторых, раскрытия механизма, самоорганизации, действующего в системах природы.

В XX в. идея самоорганизации проникает в широкий круг наук:

• • в технике под самоорганизующимися системами подразумевают саморегулирующиеся механизмы: различные автоматические системы и регуляторы;
• • в экономике саморегулирующимся считают механизм рынка свободной конкуренции;
• • в физиологии говорят о механизмах гомеостаза;
• • в биологии описан механизм автопоэзиса^[1], обеспечивающего самообновление живой системы.

Важнейшее свойство сложных систем — их способность самопроизвольно создавать новые пространственно-временные структуры. В неживой природе примеры таких структур — спиральные галактики, согласованное поведение атомов в рабочем теле лазера, шестиугольные ячейки в подогреваемом снизу слое вязкой жидкости, периодические химические реакции, проходящие без выпадения осадка или выделения газа и сопровождающиеся чередованием окраски реакционной смеси и др. В живой природе — формы (морфогенез) растений и животных, развитие специализированных тканей сложного организма из оплодотворенной клетки, координация движений живых организмов и др.

Немецкий исследователь Г. Хакен (р. 1927) в 1973 г. предложил термин «синергетика» (от греч. synergeticos — совместный, согласованно действующий процесс) для более точного понимания самоорганизации: «Я назвал новую дисциплину „синергетикой“ не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин»¹.

Синергетика — неравновесная термодинамика.

Иное название синергетике — неравновесная термодинамика — дал бельгийский химик русского происхождения И. Р. Пригожин (1917—2003), чтобы подчеркнуть отличие этой теории от классической равновесной термодинамики. Идеи синергетики являются дальнейшим обобщением и развитием специфических понятий и принципов, найденных в конкретных дисциплинах, в частности, в рамках системного подхода.

Синергетика стремится открыть и описать некоторый универсальный механизм, с помощью которого происходит самоорганизация в сложных системах живой и неживой природы.

Исследование процессов самоорганизации началось в кибернетике, а термин «самоорганизующиеся системы» ввел английский кибернетик У. Р. Эшби (1947).

Понятие самоорганизации довольно поздно закрепилось в отечественном естествознании. Оно отсутствует, в частности, в авторитетном энциклопедическом словаре, изданном в 1983 г.^[2][3]

Под самоорганизацией чаще всего понимают спонтанный (самопроизвольный) переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации за счет направленного формирования ее структурных и функциональных отношений, чтобы противостоять энтропийным факторам среды^[4].

При этом подчеркивается, что «процессы самоорганизации могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим числом элементов, связи между которыми имеют не жесткий, а вероятностный характер»¹.

Синергетику чаще всего определяют как междисциплинарное направление научных исследований, возникшее в начале 1970;х гг. и «ставящее в качестве своей основной задачи познание общих закономерностей и принципов, лежащих в основе процессов самоорганизации в системах самой разной природы: физических, химических, биологических, технических, экономических, социальных»^[5][6].

• [1] Автопоэзис (от др.-грсч. autos — сам, poiesis — сотворение) — понятие, введенноечилийскими исследователями У. Матураной и Ф. Варелой. Оно означает самовоспроизвод-ство живых существ, отличающиеся тем, что их организация порождает в качестве продуктаих самих, при этом отсутствует разделение на производителя и продукт.
• [2] Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. С. 1.
• [3] Физический энциклопедический словарь / гл. ред. А. М. Прохоров. М.: Советскаяэнциклопедия, 1983.
• [4] См.: Авдеев Р. Ф. Философия информационной цивилизации. М.: ВЛАДОС, 1994.С. 212—213; Концепции современного естествознания / под ред. В. II. Лавриненко, В. П. Рат-никова. С. 84 и др.
• [5] Юдин Б. Г. Самоорганизация // Большая советская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1975. Т. 22. URL: http://gatchina3000.ru/great-soviet-encyclopedia/bse/099/241.htm (дата обращения: 25.02.2016).
• [6] Аршинов В. И. Синергетика // Философская энциклопедия. В 4 т. М.: Мысль, 2001. URL: http://philosophcm.ru/publ/ehnciklopcdii/novaja_filosofskaja_ehnciklopcdija/sinergetika/31 -1 -0−2875.